JP4475571B2 - Logic function function reconfigurable integrated circuit - Google Patents

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Description

本発明は、しきい論理を実現する素子で構成されている回路と、その設計とに係り、特に、しきい論理を容易に実装することが可能であるニューロンMOSトランジスタを有する集積回路において、論理関数機能を実現する集積回路の設計方法と、論理関数機能を有する集積回路とに関するものである。
The present invention relates to a circuit composed of elements that realize threshold logic and the design thereof, and particularly to an integrated circuit having neuron MOS transistors that can easily implement threshold logic. The present invention relates to an integrated circuit design method for realizing a function function and an integrated circuit having a logic function function.

デバイス製造後に論理機能の書き換えが可能である、FPGA(Field Programmable Gate Array)に代表される再構成可能デバイスを用いたリコンフィギュラブルコンピューティングシステム(RCS=Reconfigurable Computing System)の研究開発が行なわれている。上記リコンフィギュラブルコンピューティングシステム(RCS)は、(たとえば、非特許文献1参照)。   Research and development of Reconfigurable Computing System (RCS) using reconfigurable devices represented by FPGA (Field Programmable Gate Array) that can rewrite logic functions after device manufacture Yes. The said reconfigurable computing system (RCS) is (for example, refer nonpatent literature 1).

研究開発が進む様々なRCSにおいて、論理機能の再構成を可能にするデバイス部分は、FPGAのような再構成可能デバイスと、メモリ回路とであり、これらの再構成可能デバイスの基本構造についても、多種の提案がなされている。   In various RCSs in which research and development are progressing, device parts that enable reconfiguration of logic functions are reconfigurable devices such as FPGAs and memory circuits. Regarding the basic structure of these reconfigurable devices, Various proposals have been made.

従来、再構成可能デバイスは、製品のプロトタイピングや、多品種少量生産を必要とするASICの代替品として、主に利用されていた。この利用方法においては、システムに組み込む前または、組み込んだ後に一度、必要となる機能を構成することで十分であった。この要求に答える再構成可能デバイスの可変論理部における基本デバイスとしては、主に次のようなデバイスがある。   Conventionally, reconfigurable devices have been mainly used as a substitute for ASICs that require product prototyping and high-mix low-volume production. In this method of use, it is sufficient to configure necessary functions before or after being incorporated into the system. As basic devices in the variable logic part of the reconfigurable device that answers this requirement, there are mainly the following devices.

図21は、従来のLUT(Look-Up Table)型の可変論理部の構成を示す図である。   FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a conventional LUT (Look-Up Table) type variable logic unit.

第1の例は、図21に示す真理値表を直接実装するLUT(Look-Up Table)型であり、メモリ回路のアドレスに、論理関数の入力変数の組合せである入力ベクトルを対応させ、メモリ回路に保持されている値を出力値とする例である。メモリ回路としては、主にSRAM(Static RAM)が使用されている。   The first example is a LUT (Look-Up Table) type that directly implements the truth table shown in FIG. 21, and associates an input vector, which is a combination of input variables of a logical function, with an address of a memory circuit. This is an example in which a value held in a circuit is used as an output value. As the memory circuit, SRAM (Static RAM) is mainly used.

図22は、従来のマルチプレクサ(MUX)型の可変論理部の構成を示す図である。   FIG. 22 is a diagram showing the configuration of a conventional multiplexer (MUX) type variable logic unit.

第2の例は、図22に示すように、シャノン展開による論理表現を実装するマルチプレクサ(MUX、Multiplexer)型である。   As shown in FIG. 22, the second example is a multiplexer (MUX, Multiplexer) type that implements a logical expression by Shannon expansion.

第2の例は、マルチプレクサの制御入力に論理変数を対応させ、シャノン展開に基づき、論理関数を実現するものである。一般的には、マルチプレクサの多段接続で構成される。多段接続によって増大する信号伝搬遅延時間を抑制するために、低抵抗であるアンチフィーズによる配線の接続、非接続によって実現される。しかし、一度アンチフィーズによる接続をした後に論理機能を変更することは困難であるという特徴がある。   In the second example, a logical variable is associated with a control input of a multiplexer, and a logical function is realized based on Shannon expansion. Generally, it is composed of a multi-stage connection of multiplexers. In order to suppress the signal propagation delay time that increases due to the multi-stage connection, this is realized by connecting / disconnecting wiring by anti-fusing, which has a low resistance. However, there is a feature that it is difficult to change the logical function after the connection by anti-feed once.

図23は、PLA型の可変論理部の構成を示す図である。   FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of a PLA type variable logic unit.

第3の例は、図23に示すように、論理関数をAND−ORの論理和形等で表現するPLA(Programable Logic Array)型である。   As shown in FIG. 23, the third example is a PLA (Programmable Logic Array) type that expresses a logical function in an AND-OR logical sum form or the like.

第3の例は、EPROMやEEPROMによる変数の入力線と積項線との接続、非接続によって、論理可変性を実現する。一般的には、多変数のワイヤードANDを行うプログラマブルなAND平面と、積項線と出力線とを固定的に接続したOR平面とによって構成されている。EPROMへのデータの書き込みは、高エネルギーの電子のアバランシェ注入によって行われ、その消去は、紫外線によって行われる。また、EEPROMへの書き込みと消去とは、電流量の小さいトンネル電流で行われる。この特徴のために、いずれのデータ保持用デバイスにおいても、論理機能を再構成するために要する時間は、他の記憶デバイスまたは回路を用いた場合と比較して、非常に長い。   In the third example, logic variability is realized by connecting or disconnecting a variable input line and a product term line by EPROM or EEPROM. In general, it is configured by a programmable AND plane that performs multi-variable wired AND and an OR plane in which product term lines and output lines are fixedly connected. Data writing to the EPROM is performed by avalanche injection of high energy electrons, and erasure is performed by ultraviolet rays. Further, writing and erasing to the EEPROM are performed with a tunnel current having a small current amount. Because of this feature, the time required to reconfigure the logic function in any data retention device is very long compared to using other storage devices or circuits.

これらのデバイスの中で、RCSの機能をさらに向上する条件の1つである論理機能の再構成に要する時間が短いという条件を満たすのは、第1の例に示したSRAMのような書き換え速度の速いメモリ回路や、SRAM以外にはラッチ回路または、DRAMのような回路を用いたLUT型である。   Among these devices, the condition that the time required for reconfiguring the logic function, which is one of the conditions for further improving the RCS function, satisfies the condition that the rewriting speed like the SRAM shown in the first example is satisfied. This is a LUT type using a fast memory circuit or a latch circuit or a circuit such as a DRAM other than an SRAM.

この書き換えの高速性という特徴を用いた再構成可能デバイスの代表的例として、DPGA(Dynamically Programmable Gate Array)や、可変論理部であるLUTがラッチ回路によって構成されたDRLE(Dynamically Reconfigurable Logic Engine)がある。   Typical examples of reconfigurable devices using the feature of high-speed rewriting include DPGA (Dynamically Programmable Gate Array) and DRLE (Dynamically Reconfigurable Logic Engine) in which the LUT, which is a variable logic unit, is configured by a latch circuit. is there.

なお、上記DPGAは、既に知られている(たとえば、非特許文献2参照)。また、上記DRLEも、既に知られている(たとえば、非特許文献3参照)。   The DPGA is already known (for example, see Non-Patent Document 2). The DRLE is also already known (for example, see Non-Patent Document 3).

しかし、LUT型の可変論理部は、真理値表が直接回路に実装されるので、ある特別な性質を有する論理関数のみを使用する場合においても、全ての論理関数を表現する可変論理部を設ける必要があり、k入力変数の可変論理部に実装回路として2個のメモリセルが必要である。したがってLUT型の可変論理部は、面積コストが高いという問題がある。 However, since the LUT type variable logic unit has a truth table directly mounted on the circuit, even when only a logic function having a certain special property is used, a variable logic unit expressing all the logic functions is provided. 2 k memory cells are required as a mounting circuit in the variable logic part of the k input variable. Therefore, the LUT type variable logic unit has a problem of high area cost.

この問題を解決する手段として、論理LSIの演算部(または、データパス部)において実行される算術演算等で、高頻度で使用される対称関数のみを実現する回路と、制御部において多用されるセレクタ回路と、上記2つの回路の機能を補完する意味で全ての論理関数を実現する回路とを、各々低面積コストで実現し、組み合わせた形で実装する方法が考えられる。   As a means for solving this problem, a circuit that realizes only a symmetric function that is frequently used in arithmetic operations executed in a calculation unit (or data path unit) of a logic LSI and a control unit are frequently used. A method is conceivable in which the selector circuit and a circuit that realizes all the logical functions in a sense that complements the functions of the two circuits are implemented at a low area cost and combined.

このように、複数の基本機能を組み合わせて再構成可能デバイスの基本単位とすることは、従来の再構成可能デバイスにおいては、基本単位が複数のLUTから構成されることに匹敵する。一般的に、現実の再構成可能デバイスの可変論理部の基本単位はこのように構成されている。   Thus, combining a plurality of basic functions to form a basic unit of a reconfigurable device is comparable to that a basic unit is composed of a plurality of LUTs in a conventional reconfigurable device. In general, the basic unit of the variable logic part of an actual reconfigurable device is configured in this way.

また、LUT型とPLA型のように、互いに異なる特徴を有するデバイスを組み合わせて1つの可変論理部の基本単位にする方法も提案されている(たとえば、非特許文献4参照)。   In addition, a method has been proposed in which devices having different characteristics such as LUT type and PLA type are combined to form a basic unit of one variable logic unit (for example, see Non-Patent Document 4).

しかし、特殊な性質を有する関数機能のみを実現することは、従来の再構成可能デバイスでは困難である。   However, it is difficult for a conventional reconfigurable device to realize only a function function having special properties.

一方、従来の再構成可能デバイスとは、論理を変える原理が異なる再構成可能デバイスである、しきい論理を容易に実装可能なニューロンMOSトランジスタで構成されたニューロンMOS回路によって、対称関数機能を実現することができる(たとえば、非特許文献5参照)。   On the other hand, a symmetric function function is realized by a neuron MOS circuit composed of neuron MOS transistors that can easily implement threshold logic, which is a reconfigurable device with a different logic changing principle from the conventional reconfigurable device. (For example, refer nonpatent literature 5).

図24は、従来のニューロンMOSトランジスタを用いたCMOS型インバータの構造を示す図であり、図24(1)は、レイアウト図、図24(2)は、図24(1)に記載のX−X’での断面図、図24(3)は、n入力相補型ニューロンMOSインバータ(ニューロンMOSインバータと略す)の回路図である。   FIG. 24 is a diagram showing the structure of a CMOS inverter using a conventional neuron MOS transistor. FIG. 24 (1) is a layout diagram, and FIG. 24 (2) is an X-type shown in FIG. 24 (1). FIG. 24 (3) is a circuit diagram of an n-input complementary neuron MOS inverter (abbreviated as neuron MOS inverter).

ここで、「ニューロンMOSトランジスタ」は、図24に示すように、MOSトランジスタのソース領域とドレイン領域とを隔てる領域の上に、フローティングゲートを持ち、そのフローティングゲートとの間で容量結合を持つ複数の入力ゲートとを持つトランジスタである。   Here, as shown in FIG. 24, the “neuron MOS transistor” has a floating gate on a region that separates the source region and the drain region of the MOS transistor and has a capacitive coupling with the floating gate. This is a transistor having an input gate.

このニューロンMOSトランジスタは、既に知られている(たとえば、非特許文献6参照)。   This neuron MOS transistor is already known (for example, see Non-Patent Document 6).

図25は、従来のニューロンMOSトランジスタを用いたCMOS型インバータ(ニューロンMOSインバータ)の回路図であり、図25(1)は、トランジスタ記号によって記述された図、図25(2)は、論理記号によって記述された図である。   FIG. 25 is a circuit diagram of a CMOS type inverter (neuron MOS inverter) using a conventional neuron MOS transistor. FIG. 25 (1) is a diagram described by transistor symbols, and FIG. 25 (2) is a logic symbol. FIG.

次に、図25に示すニューロンMOSインバータを例にとり、インバータ動作について具体的に説明する。   Next, taking the neuron MOS inverter shown in FIG. 25 as an example, the inverter operation will be specifically described.

n個の入力端子の各々から入力される信号電位をV、各入力端子とフローティングゲートとの間の入力ゲート容量の値をC、フローティングゲートと、NMOSFET、PMOSFETのソース、ドレイン、基板(ウェル)端子との間の容量の値の総和をΣCnmos+ΣCpmosとした場合、次の式(1) The signal potential input from each of the n input terminals is V i , the value of the input gate capacitance between each input terminal and the floating gate is C i , the source, drain, and substrate of the floating gate, NMOSFET, and PMOSFET ( When the sum of the capacitance values between the terminal and the well terminal is ΣC nmos + ΣC pmos , the following equation (1)

Figure 0004475571
が成り立つと、各入力ゲート容量に蓄積する電荷量の総和Qは、
Figure 0004475571
When the above holds, the total amount Q f of charge accumulated in each input gate capacitance is

Figure 0004475571
であり、フローティングゲート電位Vfgは、各入力ゲート容量に蓄積する電荷量の総和Qにほぼ比例し、次の式(2)で表される。
Figure 0004475571
The floating gate potential V fg is approximately proportional to the total amount Q f of charge accumulated in each input gate capacitance and is expressed by the following equation (2).

Figure 0004475571
フローティングゲート電位Vfgが、ニューロンMOSインバータのフローティングゲートからみた閾値電位Vfthに対して大きければ、ニューロンMOSインバータの出力信号電位Voutは、閾値電位Vfthに対するフローティングゲート電位Vfgの論理的反転の電位になる。
Figure 0004475571
If the floating gate potential V fg is larger than the threshold potential V fth seen from the floating gate of the neuron MOS inverter, the output signal potential V out of the neuron MOS inverter is the logical inversion of the floating gate potential V fg with respect to the threshold potential V fth . Potential.

上記のように、ニューロンMOSインバータは、「しきい処理」を行うある種の「しきい素子」である。つまり、ニューロンMOSインバータは、全ての入力信号に対するVとCとの積和演算の結果であるQと、ほぼ比例の関係にあるフローティングゲート電位Vfgを、閾値電位Vfthによって「しきい処理」を行うある種の「しきい素子」である。 As described above, the neuron MOS inverter is a kind of “threshold element” that performs “threshold processing”. In other words, the neuron MOS inverter calculates the floating gate potential V fg that is approximately proportional to Q f that is the result of the product-sum operation of V i and C i for all input signals by the threshold potential V fth . It is a kind of “threshold element” that performs “threshold processing”.

次に、入力信号が2値である場合について説明する。   Next, a case where the input signal is binary will be described.

入力信号電位Vが、2つの安定な電位{0,Vdd}をとり、入力ゲート容量値Cを、その最も小さい値によって規格化した値である入力ゲート容量比wを用いて、C=C・wとした場合、各入力ゲート容量に蓄積する電荷量の総和Qは次の式(3)、式(4)で表される。 Input signal potential V i is two take a stable potential {0, V dd}, the input gate capacitance values C i, using the input gate capacitance ratio w i is a value normalized by its smallest value, When C i = C · w i , the total amount Q f of charge accumulated in each input gate capacitance is expressed by the following equations (3) and (4).

Figure 0004475571
ニューロンMOSインバータの出力信号を、Voutとし、Vout≧Vfthの電位を、Vhighで表現し、Vout<Vfthの電位を、Vlowで表現する。このときに、ニューロンMOSインバータの出力信号Voutと、各入力ゲート容量に蓄積する電荷量の総和Qとの関係は、次の式(5)、式(6)で表される。
Figure 0004475571
The output signal of the neuron MOS inverter is V out , the potential of V out ≧ V fth is expressed as V high , and the potential of V out <V fth is expressed as V low . At this time, the relationship between the output signal V out of the neuron MOS inverter and the total amount Q f of charge accumulated in each input gate capacitance is expressed by the following equations (5) and (6).

Figure 0004475571
このように、入力信号として{0,Vdd}の2値を用いた場合は、x=1を入力とする入力ゲート容量の容量比の和
Figure 0004475571
As described above, when the binary value {0, V dd } is used as the input signal, the sum of the capacitance ratios of the input gate capacitors having x i = 1 as an input.

Figure 0004475571
とVfthとによって、ニューロンMOSインバータの出力信号値が決まる。
Figure 0004475571
And V fth determine the output signal value of the neuron MOS inverter.

以上、ニューロンMOSインバータの動作について説明した。   The operation of the neuron MOS inverter has been described above.

次に、上記のニューロンMOSトランジスタと、ニューロンMOSトランジスタとを用いた回路に関する公知技術について説明する。   Next, a known technique related to the circuit using the neuron MOS transistor and the neuron MOS transistor will be described.

ニューロンMOSトランジスタおよび、それを用いた回路の研究開発が近年盛んになされているが、再構成可能デバイスを対象とした報告は少ない(たとえば、非特許文献7参照)。この文献においては、全ての論理関数を実現する回路を作製したという報告がなされているが、回路の設計手法および、回路構成上の特徴に関して、報告されてはいない。   In recent years, research and development of neuron MOS transistors and circuits using the same have been actively conducted, but there are few reports targeting reconfigurable devices (for example, see Non-Patent Document 7). In this document, it has been reported that a circuit that realizes all logic functions has been produced, but there is no report regarding the circuit design technique and the characteristics of the circuit configuration.

また、ニューロンMOS回路による再構成デバイスを設計する際に重要な因子の1つである、入力ゲート電極とフローティング電極との容量の値に関係するニューロンMOSトランジスタの構造に関しては、特開平3−6679号公報において、その基本構造が開示されている。   Regarding the structure of a neuron MOS transistor related to the capacitance value of an input gate electrode and a floating electrode, which is one of the important factors in designing a reconfigurable device using a neuron MOS circuit, Japanese Patent Laid-Open No. 3-6679 is disclosed. The basic structure is disclosed in Japanese Patent Publication.

上記公開公報においては、上記入力ゲート電極とフローティングゲート電極との間の容量の値は、ニューロンモデルの重み係数、またはニューロンMOSトランジスタをソースフォロワ型の回路に適用し、D−A(Digital-Analog)変換器を作製する際の重み係数として位置付けられ、再構成可能デバイスにおける入力の状態を識別する因子としての発想は示されていない(たとえば、非特許文献8参照)。
末吉敏則、Reconfigurable Computing Systemの現状と課題−Computer Evolutionへ向けて−、信学技報、VLD96-79、CPSY96-91、pp.111-118、1996-12 Andre DeHon, DPGA-Coupled Microprocessors:Commodity ICs for the Early 21st Century, Proceedings of the IEEE Workshop on FPGAs for Custom Computing Machines, April, 1994 T. Fujii, et al., A Dynamically Reconfigurable Logic Engine with a Multi-Context/Multh-Mode Unified-Cell Architecture, ISSCC99, WA 21.3 pp. 360-361, 1999 A. Kaviani and S. Brown, The Hybrid Field-Programmable Archtecture, IEEE Design & Test of Computers, pp.74-83, April-June, 1999 青山一生、澤田宏、名古屋彰、中島和生、ニューロンMOSによる対称関数回路の設計手法、信学技法、CPSY99-90、pp.49-56、1999-11 Tadashi Shibata and Tadahiro Omi, A Functional MOS Transistor Featuring Gate-Level Weighted Sum and Threshold Operations, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 39, No. 6, pp. 1444-1445, 1992 Tadashi Shibata, et al., Real-Time Reconfigurable Logic Circuits Using Neuron MOS Transistors, ISSCC93, FA 15.3, pp. 238-239, 1993 W. S. McCulloch and W. A. Pitts, A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Neural Nets, Bull. Match. Biophy., Vol. 5, pp. 115-133, 1992
In the above publication, the capacitance value between the input gate electrode and the floating gate electrode is obtained by applying a weighting factor of a neuron model or a neuron MOS transistor to a source follower type circuit, and applying a DA (Digital-Analog) ) It is positioned as a weighting factor in the production of the converter, and the idea as a factor for identifying the state of the input in the reconfigurable device is not shown (for example, see Non-Patent Document 8).
Sueyoshi Toshinori, Current Status and Issues of Reconfigurable Computing System -Toward Computer Evolution-, IEICE Technical Report, VLD96-79, CPSY96-91, pp.111-118, 1996-12 Andre DeHon, DPGA-Coupled Microprocessors: Commodity ICs for the Early 21st Century, Proceedings of the IEEE Workshop on FPGAs for Custom Computing Machines, April, 1994 T. Fujii, et al., A Dynamically Reconfigurable Logic Engine with a Multi-Context / Multh-Mode Unified-Cell Architecture, ISSCC99, WA 21.3 pp. 360-361, 1999 A. Kaviani and S. Brown, The Hybrid Field-Programmable Archtecture, IEEE Design & Test of Computers, pp.74-83, April-June, 1999 Kazuo Aoyama, Hiroshi Sawada, Akira Nagoya, Kazuo Nakajima, Design method of symmetric function circuit using neuron MOS, Communication technique, CPSY99-90, pp.49-56, 1999-11 Tadashi Shibata and Tadahiro Omi, A Functional MOS Transistor Featuring Gate-Level Weighted Sum and Threshold Operations, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 39, No. 6, pp. 1444-1445, 1992 Tadashi Shibata, et al., Real-Time Reconfigurable Logic Circuits Using Neuron MOS Transistors, ISSCC93, FA 15.3, pp. 238-239, 1993 WS McCulloch and WA Pitts, A Logical Calculus of the Ideas Immanent in Neural Nets, Bull.Match. Biophy., Vol. 5, pp. 115-133, 1992

上記背景において、ニューロンMOS回路による再構成デバイスの可変論理部中に、対称関数機能を実現する回路と、非対称関数を含む全ての論理関数機能を実現する低面積コストの回路とを組み合わせるために、その回路構成とその設計手法との開発が望まれている。   In the above background, in order to combine a circuit that realizes a symmetric function function and a low-area-cost circuit that realizes all logic function functions including an asymmetric function in the variable logic part of a reconfigurable device using a neuron MOS circuit, Development of the circuit configuration and the design method is desired.

本発明は、論理関数の中の対称関数のみならず、任意のk入力変数論理関数を、ニューロンMOS回路を用いて、効率的に実現する方法および本方法を用いて設計した論理関数機能を有するニューロンMOS回路を提供することを目的とするものである。
The present invention has a method of efficiently realizing not only a symmetric function among logic functions but also an arbitrary k-input variable logic function using a neuron MOS circuit, and a logic function function designed using this method. An object of the present invention is to provide a neuron MOS circuit.

本発明は、The present invention
ニューロンMOSトランジスタまたはスイッチ付ニューロンMOSトランジスタを用いたインバータ回路をニューロンMOSインバータと呼ぶとき、When an inverter circuit using a neuron MOS transistor or a neuron MOS transistor with a switch is called a neuron MOS inverter,
上記ニューロンMOSインバータを用いた、k入力変数(kは2以上の整数である)の任意の論理関数を実現する2段論理の論理関数機能再構成可能な集積回路であって、A two-stage logic function reconfigurable integrated circuit that realizes an arbitrary logic function of k input variables (k is an integer of 2 or more) using the neuron MOS inverter,
上記k入力変数である第1の入力信号が入力される第1の入力信号端子のそれぞれとフローティングゲートとの間の第1の入力ゲート容量は、その容量値を規格化した値である第1の入力ゲート容量比が各々異なる値であり、かつ、任意の数の上記第1の入力ゲート容量比の和が互いに異なるように設定され、The first input gate capacitance between each of the first input signal terminals to which the first input signal as the k input variable is input and the floating gate is a value obtained by standardizing the capacitance value. The input gate capacitance ratios are different from each other, and any number of the first input gate capacitance ratios is set to be different from each other,
上記第1の入力信号のベクトル表現である入力ベクトルについて、上記第1の入力ゲート容量に蓄積される入力電荷量を小さい順に並べた場合における入力ベクトルを、小さい順に4つずつを1つのブロックに属する入力ベクトルとし、For the input vector which is a vector representation of the first input signal, the input vectors when the input charge amounts accumulated in the first input gate capacitance are arranged in ascending order are divided into four blocks in order from one to the smallest. The input vector to which
上記論理関数機能再構成可能な集積回路の1段目に、上記各ブロック毎に3個ずつの合計(3/4)・2In the first stage of the integrated circuit capable of reconfiguring the logic function function, a total of three (3/4) · 2 for each block. k 個の上記ニューロンMOSトランジスタであるプリインバータを具備し、Comprising pre-inverters which are the above-mentioned neuron MOS transistors,
上記論理関数機能再構成可能な集積回路の2段目に、上記ニューロンMOSトランジスタであるメインインバータを具備し、The second stage of the logic circuit reconfigurable integrated circuit has a main inverter which is the neuron MOS transistor,
上記プリインバータは、上記第1の入力信号端子と、当該各第1の信号入力端子のそれぞれとフローティングゲートとの間に設定された上記第1の入力ゲート容量を有し、The pre-inverter has the first input signal capacitance set between the first input signal terminal and each of the first signal input terminals and a floating gate;
当該プリインバータのうち少なくとも1つは、3つ以上の閾値から1つを選択する信号が入力される第2の入力信号端子と、上記第2の入力信号端子のそれぞれとフローティングゲートとの間に設定される第2の入力ゲート容量を有し、At least one of the pre-inverters includes a second input signal terminal to which a signal for selecting one from three or more threshold values is input, and between each of the second input signal terminals and the floating gate. A second input gate capacitance to be set;
当該プリインバータの属するブロックへの4つの入力ベクトルから構成される3つ以上の領域のそれぞれが上記3つ以上の閾値のいずれか1つを有するように、上記第2の入力ゲート容量のそれぞれの容量値が設定され、Each of the second input gate capacitances is such that each of the three or more regions composed of four input vectors to the block to which the pre-inverter belongs has any one of the three or more threshold values. The capacity value is set,
上記選択された閾値と当該プリインバータの第1の入力信号端子に入力された入力変数から定まる規格化フローティングゲート電位との大小関係を示す出力信号を出力端子に出力し、An output signal indicating a magnitude relationship between the selected threshold and a normalized floating gate potential determined from an input variable input to the first input signal terminal of the pre-inverter is output to the output terminal;
上記メインインバータは、The main inverter is
上記第1の入力信号端子と、The first input signal terminal;
上記第1の入力信号端子のそれぞれとフローティングゲートとの間に設定された上記第1の入力ゲート容量と、The first input gate capacitance set between each of the first input signal terminals and the floating gate;
上記各プリインバータの出力端子に接続された端子と、A terminal connected to the output terminal of each pre-inverter;
上記プリインバータの出力信号の論理的組み合わせによってフローティングゲート閾値電位に対して大小異なる値を取るように設定された、上記各プリインバータの出力端子に接続された端子とフローティングゲートとの間の第2の入力ゲート容量値の第2の入力ゲート容量と、A second terminal between the floating gate and a terminal connected to the output terminal of each pre-inverter, which is set to take a value that differs depending on the floating gate threshold potential by a logical combination of the output signals of the pre-inverter. A second input gate capacitance of the input gate capacitance value of
出力端子と、An output terminal;
を有することを特徴とする論理関数機能再構成可能な集積回路である。A logic function function reconfigurable integrated circuit characterized by comprising:

本発明の論理関数機能再構成可能な集積回路の設計方法によれば、容易に低面積コストで、任意の論理関数機能を、ニューロンMOS回路に実装することができるという効果を奏する。   According to the integrated circuit design method for reconfigurable logic function functions of the present invention, it is possible to easily implement an arbitrary logic function function in a neuron MOS circuit at a low area cost.

また、本方法によって設計された集積回路によれば、論理関数機能を再構成することができ、また、面積コストを小さく抑えることができるという効果を奏する。
Moreover, according to the integrated circuit designed by this method, the logic function function can be reconfigured, and the area cost can be reduced.

発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例である。
The best mode for carrying out the invention is the following examples.

[アウトライン]
2値を入力変数とする任意のk入力変数論理関数を、集積回路上で実現するためには、集積回路が以下の2つの条件を満たす必要がある。
条件(1):入力変数の組み合わせに対応する異なる2個の状態を持つ。
条件(2):2個の状態のそれぞれに対して、2値のいずれか一方を設定できる仕組みを持つ。
[outline]
In order to realize an arbitrary k-input variable logic function having binary values as input variables on the integrated circuit, the integrated circuit needs to satisfy the following two conditions.
Condition (1): with a 2 k-number of different states corresponding to the combination of the input variables.
Condition (2): For 2 k-number of states, respectively, having a mechanism that can be set to one of two values.

図25に示す従来のニューロンMOSインバータによって、上記集積回路が構成されている場合、上記条件(1)は、「従来の技術」で説明したように、「フローティングゲートの電位Vfgが異なる2個の値を持つ」ことであり、上記式(5)中の When the integrated circuit is configured by the conventional neuron MOS inverter shown in FIG. 25, the condition (1) is “2 k with different potential V fg of the floating gate” as described in “Prior Art”. In the above formula (5).

Figure 0004475571
ことである。
Figure 0004475571
That is.

本発明の各実施例は、上記2つの条件を満たすようにするために、以下のように構成されている。   Each embodiment of the present invention is configured as follows in order to satisfy the above two conditions.

[第1の実施例]
本発明の第1の実施例は、上記条件(1)である
[First embodiment]
1st Example of this invention is the said conditions (1)

Figure 0004475571
ような、重みベクトルWの要素wの決定方法と、その方法を実装したニューロンMOSインバータである。
Figure 0004475571
A method for determining the element w i of the weight vector W and a neuron MOS inverter that implements the method.

第1の実施例は、ニューロンMOSインバータ上に2個の状態を作る際の指針を開示したものである。 The first embodiment discloses a guideline for creating 2 k states on a neuron MOS inverter.

[第2の実施例]
本発明の第2の実施例は、上記第1の実施例における重みベクトルWの要素wの決定方法を、より具体化し、定式化した方法である。第2の実施例は、ニューロンMOSインバータ上に2個の状態を作る際の指針を開示したものである。
[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention is a more specific and formulated method for determining the element w i of the weight vector W in the first embodiment. The second embodiment discloses a guideline for creating 2 k states on a neuron MOS inverter.

[第3の実施例]
本発明の第3の実施例は、第1の実施例における重みベクトルWの要素wの最小値に制限がある場合に、
[Third embodiment]
In the third embodiment of the present invention, when the minimum value of the element w i of the weight vector W in the first embodiment is limited,

Figure 0004475571
がより小さくなるような要素wの決定方法である。ニューロンMOSインバータに実装する際に、
Figure 0004475571
Is a method for determining the element w i such that becomes smaller. When mounted on a neuron MOS inverter,

Figure 0004475571
は入力ゲート電極の面積に相当し、第3の実施例は、上記条件(1)を満たすニューロンMOSインバータを低面積コストで実現する方法である。
Figure 0004475571
Corresponds to the area of the input gate electrode, and the third embodiment is a method for realizing a neuron MOS inverter satisfying the above condition (1) at a low area cost.

[第4の実施例]
本発明の第4の実施例は、第1の実施例〜第3の実施例のいずれか1つについて、条件(1)を満たし、また条件(2)における「仕組み」を実現するために、従来技術で紹介した文献5に開示されている対称関数回路を設計する方法を、任意の論理関数の実現する回路を設計する方法に拡張した方法であり、またその方法を用いて設計した集積回路の構成である。つまり、第4の実施例は、任意の論理関数機能を再構成することが可能な集積回路の設計方法と回路構成である。
[Fourth embodiment]
The fourth embodiment of the present invention satisfies the condition (1) and realizes the “mechanism” in the condition (2) for any one of the first to third embodiments. This is a method in which the method for designing a symmetric function circuit disclosed in Reference 5 introduced in the prior art is expanded to a method for designing a circuit that realizes an arbitrary logical function, and an integrated circuit designed by using the method. It is the composition. That is, the fourth embodiment is an integrated circuit design method and circuit configuration capable of reconfiguring an arbitrary logical function function.

[第5の実施例]
本発明の第5の実施例は、上記第1の実施例〜第3の実施例のいずれか1つを用いることによって、上記条件(1)を満たし、上記条件(2)に挙げた「仕組み」を実現する際に、「仕組み」の制御を多値表現の信号で行う集積回路の設計方法と、回路構成とである。上記第5の実施例は、上記第4の実施例よりも低面積コストで、同機能を得ることができる集積回路とその設計方法である。
[Fifth embodiment]
The fifth embodiment of the present invention satisfies the above condition (1) by using any one of the above first to third embodiments, and the “mechanism listed in the above condition (2)”. ”Is a method for designing an integrated circuit in which control of the“ mechanism ”is performed with a multivalued signal, and a circuit configuration. The fifth embodiment is an integrated circuit capable of obtaining the same function at a lower area cost than the fourth embodiment and a design method thereof.

[第6の実施例]
上記第5の実施例が、物理的なレベルにおいて、複数の2値信号によって多値を表現するのに対して、本発明の第6の実施例は、物理的レベルで多値信号を使用する場合における回路構成である。第6の実施例は、第5の実施例よりも低面積コストで、同機能を得ることができる。
[Sixth embodiment]
While the fifth embodiment expresses a multi-value by a plurality of binary signals at the physical level, the sixth embodiment of the present invention uses a multi-value signal at the physical level. The circuit configuration in the case. The sixth embodiment can obtain the same function at a lower area cost than the fifth embodiment.

次に、上記各実施例について、具体的に説明する。   Next, each of the above embodiments will be specifically described.

(第1の実施例)
本発明の第1の実施例は、「2個の入力変数xの組み合わせを識別できる要素wを決める方法」と「入力ベクトルを識別できる重みベクトルのニューロンMOSインバータヘの実装」とによって構成されている。
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention is based on “a method for determining an element w i that can identify a combination of 2 k input variables x i ” and “an implementation of a weight vector that can identify an input vector on a neuron MOS inverter”. It is configured.

[2個の入力変数xの組み合わせを識別できる要素wの決め方]
上記の条件(1)である
[How to determine an element w i that can identify a combination of 2 k input variables x i ]
It is said condition (1)

Figure 0004475571
は、「2個存在する入力変数の組み合わせを識別できる」ことである。初めに、「入力変数の組み合わせ」と「識別できる」の定義について、入力変数が{x,x,x}の3変数である場合を例にとって、具体的に説明する。
Figure 0004475571
Means “a combination of 2 k input variables can be identified”. First , the definition of “combination of input variables” and “identifiable” will be specifically described by taking as an example the case where the input variables are three variables of {x 1 , x 2 , x 3 }.

「入力変数の組み合わせ」は、たとえば3つの入力変数のそれぞれが、論理的に1,0の2値をとる場合、これらの組み合わせは、{0,0,0}、{0,0,1}、{0,1,0}、…、{1,1,1}であり、2個存在し、この2個の組み合わせを、「入力変数の組み合わせ」という。 For example, when each of the three input variables logically has a binary value of 1, 0, these combinations are {0, 0, 0}, {0, 0, 1}. , {0, 1, 0},..., {1, 1, 1}, and there are 2 3 , and these 2 3 combinations are called “input variable combinations”.

次に、「入力変数の組み合わせを識別できる」ことについて説明する。   Next, the fact that “a combination of input variables can be identified” will be described.

また、上記組み合わせは、3つの入力変数に対して、互いに直交する座標を設定した場合、3次元空間における3次元立方体の頂点座標のベクトル表現である。以降、このベクトルを「入力ベクトルX」と呼ぶ。また、任意の正数を要素とする(w,w,w)を、「重みベクトルW」と呼ぶ。入力ベクトルXと重みベクトルWとを用いて、 The above combination is a vector representation of vertex coordinates of a three-dimensional cube in a three-dimensional space when coordinates orthogonal to each other are set for three input variables. Hereinafter, this vector is referred to as “input vector X”. An arbitrary positive number (w 1 , w 2 , w 3 ) is called a “weight vector W”. Using the input vector X and the weight vector W,

Figure 0004475571
について、次の式(7)に示すように、内積を用いてベクトルをスカラに変換することができる。
Figure 0004475571
As shown in the following equation (7), a vector can be converted to a scalar using an inner product.

Figure 0004475571
この表現を用いて換言すれば、「入力変数の組み合わせを識別できる」とは、「入力ベクトルと重みベクトルとの内積の結果であるスカラが互いに異なること」である。
Figure 0004475571
In other words, using this expression, “the combination of input variables can be identified” means “the scalars resulting from the inner product of the input vector and the weight vector are different from each other”.

ここで、入力ベクトルXは、{0,1}の2値であるので、スカラが互いに異なるためには、{w、w、w}の重なりのない要素で構成される任意の数の要素の和が、互いに異なる必要がある。すなわち、w≠w≠wであり、w+w≠w+w≠w+wである必要がある。具体的な例として、重みベクトルW=(2,2,2)であるとすると、入力ベクトルXを2進表現とみなし、内積によって2進表現から10進表現に変換する場合がある。この場合、8つの入力ベクトルは、0から7までの異なる整数に変換される。 Here, since the input vector X is a binary value of {0, 1}, in order for the scalars to be different from each other, an arbitrary number composed of non-overlapping elements of {w 1 , w 2 , w 3 } The sum of elements must be different from each other. That is, it is necessary that w 1 ≠ w 2 ≠ w 3 and w 1 + w 2 ≠ w 2 + w 3 ≠ w 3 + w 1 . As a specific example, if the weight vector W = (2 0 , 2 1 , 2 2 ), the input vector X may be regarded as a binary representation and converted from a binary representation to a decimal representation by an inner product. . In this case, the eight input vectors are converted to different integers from 0 to 7.

次に、「スカラが互いに異なる」ようにできる重みベクトルWが、2のべき乗の要素で構成されるベクトルだけでなく、多数存在する点について説明する。   Next, a description will be given of the fact that there are a large number of weight vectors W that can make “scalars different from each other”, not only vectors composed of elements of powers of two.

要素が小さい順に番号づけられている重みベクトルWを考え、k=4を例にとると、「スカラが互いに異なる」ためには、w>w>w>w、w≠w+w、w≠w+w、w≠w+w、w≠w+w+w、w+w≠w+wである必要がある。 Considering a weight vector W in which elements are numbered in ascending order, taking k = 4 as an example, in order to “scalars differ from each other”, w 4 > w 3 > w 2 > w 1 , w 3 ≠ w 1 + w 2 , w 4 ≠ w 1 + w 3 , w 4 ≠ w 2 + w 3 , w 4 ≠ w 1 + w 2 + w 3 , w 4 + w 1 ≠ w 3 + w 2 .

これを満たす具体例は、(w、w、w、w)=(1、1.1、1.2、1.4)、(w、w、w、w)=(1、1.2、1.4、1.7)、(w、w、w、w)=(1、4、6、8)、(w、w、w、w)=(1、3、9、27)等である。 Specific examples that satisfy this are (w 1 , w 2 , w 3 , w 4 ) = ( 1 , 1.1, 1.2, 1.4), (w 1 , w 2 , w 3 , w 4 ). = (1,1.2,1.4,1.7), (w 1 , w 2, w 3, w 4) = (1,4,6,8), (w 1, w 2, w 3 , W 4 ) = (1, 3, 9, 27).

上記説明を、k個の要素によって構成される入力ベクトルの場合について言えば、k個の要素の入力ベクトルを識別できるようにする場合、「{w、w、…、w、…、w}の中の重なりのない要素で構成される任意の数の要素の和が互いに異なる」必要があると言える。
In the case of an input vector composed of k elements, the above description can be made by identifying “{w 1 , w 2 ,..., W i ,. It can be said that the sum of an arbitrary number of elements composed of non-overlapping elements in w k } needs to be different from each other .

[入力ベクトルを識別できる重みベクトルのニューロンMOSインバータヘの実装]
上記従来技術で説明したように、上記重みベクトルの要素wは、ニューロンMOSインバータにおいて、各入力変数に対応する入力ゲート電極とフローティングゲートとの間の入力ゲート容量の容量比に相当する。したがって、ニューロンMOSインバータにおいて、重なりのない要素で構成される任意の数の入力ゲート容量比の和が互いに異なるようにすることによって、入力ベクトルを識別することができる。
[Implementation of weight vector that can identify input vector to neuron MOS inverter]
As described in the above prior art, the element w i of the weight vector corresponds to the capacitance ratio of the input gate capacitance between the input gate electrode corresponding to each input variable and the floating gate in the neuron MOS inverter. Therefore, in the neuron MOS inverter, an input vector can be identified by making the sum of an arbitrary number of input gate capacitance ratios composed of non-overlapping elements different from each other.

(第2の実施例)
本発明の第2の実施例は、まず初めに、任意の数の要素の入力ベクトルを識別できることが予め保証される条件と、その条件を満たす重みベクトルとを示し、次に、入力変数の数に制限を加えることによって、入力ベクトルを識別できることが保証される重みベクトルを示し、最後に、上記重みベクトルをニューロンMOSインバータへ実装する実施例である。
(Second embodiment)
The second embodiment of the present invention first shows a condition that guarantees that an input vector of an arbitrary number of elements can be identified in advance, and a weight vector that satisfies the condition, and then the number of input variables. This is an embodiment in which a weight vector that guarantees that an input vector can be identified by adding a restriction to is shown, and finally, the weight vector is implemented in a neuron MOS inverter.

つまり、上記第2の実施例は、「第1の実施例の重みベクトルを決める方法に制限を加えた条件の提示」と、「制限を加えた条件を満たす重みベクトルの集合」と、「入力変数の数に制限を加えた場合の重みベクトルの集合」と、「ニューロンMOSインバータヘの実装」とによって、構成されている。   That is, in the second embodiment, “presentation of a condition with a restriction on the method of determining the weight vector of the first embodiment”, “a set of weight vectors that satisfy the restriction”, and “input It is composed of “a set of weight vectors when the number of variables is limited” and “implementation to a neuron MOS inverter”.

[第1の実施例の重みベクトルを決める方法に制限を加えた条件]
重みベクトルWのk個の要素の値を小さい順に、{w,w,…,w,…,w}とすると、i番目の要素wを、次の式(8)を満たすように設定する。
[Conditions in which the method for determining the weight vector of the first embodiment is limited]
When the values of k elements of the weight vector W are {w 1 , w 2 ,..., W i ,..., W k } in ascending order, the i-th element w i satisfies the following expression (8). Set as follows.

Figure 0004475571

上記式(8)は、第1の実施例で示した条件よりも強い制限条件であり、任意の数の要素を持つ入力ベクトルを識別できることを保証している。
Figure 0004475571

The above equation (8) is a restrictive condition stronger than the condition shown in the first embodiment, and guarantees that an input vector having an arbitrary number of elements can be identified .

[制限を加えた条件を満たす重みベクトルの集合]
次に、上記式(8)を満たす重みベクトルWの要素wを具体的に示す。
[A set of weight vectors that satisfy the conditions with restrictions]
Next, the element w i of the weight vector W that satisfies the above equation (8) is specifically shown.

まず、上記式(8)を、次の式(9)に変形する。   First, the above equation (8) is transformed into the following equation (9).

Figure 0004475571
上記式(9)を満たす解の1つであるw=αi−1(α>1)であるときに、上記式(9)は、次の式(10)で表される。
Figure 0004475571
When w i = α i−1 (α> 1), which is one of the solutions satisfying the above equation (9), the above equation (9) is expressed by the following equation (10).

f(α,i)=g(α,i)/(α−1) (1≦i≦k−1)…式(10)
g(α,i)=α・(α−2)+1 …式(11)
上記式(10)で表される関数f(α,i)の符号は、α>1の条件から、関数g(α,i)の符号と一致するので、関数f(α,i)の符号判定は、関数g(α,i)を用いて行うことができる。したがって、次の式(12)が成り立つときに、入力ベクトルを識別することができる。
f (α, i) = g (α, i) / (α−1) (1 ≦ i ≦ k−1)... (10)
g (α, i) = α i · (α−2) +1 (11)
Since the sign of the function f (α, i) represented by the above equation (10) matches the sign of the function g (α, i) from the condition of α> 1, the sign of the function f (α, i) The determination can be performed using the function g (α, i). Therefore, the input vector can be identified when the following equation (12) holds.

g(α,i)=α・(α−2)+1>0 (1≦i≦k−1)…式(12)
また、g(α,i)のαに関する1階微分をg’(α,i)と記述すると、i>1において、次の式(13)が成り立つ。
g (α, i) = α i · (α−2) +1> 0 (1 ≦ i ≦ k−1) (12)
Further, when the first-order derivative of g (α, i) with respect to α is described as g ′ (α, i), the following equation (13) is established when i> 1.

Figure 0004475571

式(13)が成り立つので、関数g(α,i)は、1<α<2において、少なくとも1つの実根を持ち、α≧2において、任意のiに対して常に正である。このために、次の式(14)を満たす重みベクトルを用いると、任意の数の要素を持つ入力ベクトルを識別することができる。
Figure 0004475571

Since equation (13) holds, the function g (α, i) has at least one real root when 1 <α <2, and is always positive for any i when α ≧ 2. Therefore, when a weight vector satisfying the following expression (14) is used, an input vector having an arbitrary number of elements can be identified .

上記式(14)は、任意の数の要素を持つ入力ベクトルが、識別可能な重みベクトルを表しているが、1<α<2であっても、g(α,i)>0であるαが存在することは、iすなわち、入力ベクトルの要素数kに制限を加えることによって、入力ベクトルを識別できることを示している。
In the above equation (14), an input vector having an arbitrary number of elements represents an identifiable weight vector, but even if 1 <α <2, α satisfying g (α, i)> 0 The presence of i indicates that the input vector can be identified by limiting i, that is, the number of elements k of the input vector .

図6は、i=1,2,3,4,5である場合、0≦α≦2であるαと、g(α,i)との関係を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between α satisfying 0 ≦ α ≦ 2 and g (α, i) when i = 1, 2, 3, 4, 5.

1<α<2である場合に、g(α,i)=0の解は、i=2,3,4,5について、それぞれ、1.6180、1.8393、1.9276、1.9660である。   When 1 <α <2, the solution of g (α, i) = 0 is 1.6180, 1.8393, 1.9276, 1.9660 for i = 2, 3, 4, 5, respectively. It is.

i≦k−1であるので、図6から、要素の数k=2,3,4,5,6である場合、それぞれ、α>1、α>1.6180、α>1.8393、α>1.9276、α>1.9660であれば、式(9)の条件を満たし、原理的には、入力ベクトルを識別できる。   Since i ≦ k−1, FIG. 6 shows that when the number of elements k = 2, 3, 4, 5, 6, α> 1, α> 1.6180, α> 1.8393, α, respectively. If> 1.9276 and α> 1.9660, the condition of Expression (9) is satisfied, and in principle, the input vector can be identified.

明らかに識別できる入力ベクトルに対する重みベクトルとして、(2,2,…,2i−1,…,2k−1)を用いた内積の結果であるスカラをSとする。また、上記重みベクトルと入力ベクトルとの内積の結果であるスカラをSαとする。 Let S 2 be a scalar that is the result of an inner product using (2 0 , 2 1 ,..., 2 i−1 ,..., 2 k−1 ) as a weight vector for an input vector that can be clearly identified. Also, let S α be a scalar that is the result of the inner product of the weight vector and the input vector.

図7は、α=1.7,1.9,2.0,2.2である場合において、スカラSと、αを用いたスカラSαとの関係を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the scalar S 2 and the scalar S α using α when α = 1.7, 1.9, 2.0, and 2.2.

α≧2では、上記関数g(α,i)>0であり、図7に示す場合、スカラSαは、スカラSに対して、傾きが0になることのない単調増加関数である。したがって、上記の通り、全ての入力ベクトルに対するスカラSαの中で、等しい値のものは存在しないので、入力ベクトルを互いに識別することができる。 When α ≧ 2, the function g (α, i)> 0 is satisfied. In the case shown in FIG. 7, the scalar S α is a monotonically increasing function whose slope does not become 0 with respect to the scalar S 2 . Therefore, as described above, in the scalar S alpha for all input vectors, those with a value equal because there can identify the input vector to each other.

図6から、α=1.7、α=1.9である場合、それぞれS≦7、S≦15であれば、スカラSαがスカラSに対して、傾きが0になることのない単調増加関数であるので、入力ベクトルを識別できる。 From FIG. 6, when α = 1.7 and α = 1.9, if S 2 ≦ 7 and S 2 ≦ 15, respectively, the slope of the scalar S α is 0 with respect to the scalar S 2 . Since this is a monotonically increasing function with no input, the input vector can be identified.

一方、上記範囲外であっても、S≦31であれば、互いに等しいSαが存在しない。この場合、式(8)を満たしていないが、入力ベクトルを識別できる第1の実施例に相当する。
On the other hand, even if out of the above range, if S 2 ≦ 31, there is no mutually equal S α . In this case, although Expression (8) is not satisfied, this corresponds to the first embodiment in which the input vector can be identified .

[ニューロンMOSインバータヘの実装]
上記方法を実回路に実装する場合、実際の容量の値は、製造バラツキ等の製造上の理由によって、上記式で説明した等式を必ずしも満たすとは言えない。また、設計時においても、有効数字の決め方や設計マージンの確保によって、上記説明における等式を必ずしも満たすとは言えない。しかし、このような製造上の理由による値のバラツキや設計時のマージン等の取り方等による値の相違がある場合であっても、上記実施例を適用することができる。すなわち、上記のように製造上の理由による値のバラツキや設計時のマージン等の取り方等による値の相違がある場合も、本発明に属することは明らかである。
[Mounting to neuron MOS inverter]
When the above method is mounted on an actual circuit, the actual capacitance value does not necessarily satisfy the equation described above for manufacturing reasons such as manufacturing variations. Further, even at the time of designing, it cannot be said that the equations in the above description are always satisfied by determining significant figures and securing a design margin. However, the above-described embodiment can be applied even when there is a difference in values due to such a variation in values due to manufacturing reasons or a method of taking a margin at the time of design. That is, it is clear that the present invention also includes the case where there is a difference in value due to manufacturing reasons as described above, or a difference in value due to a design margin or the like.

(第3の実施例)
本発明の第3の実施例は、従来技術で示した重みベクトルの要素の最小値C・wに下限がある場合に、
(Third embodiment)
In the third embodiment of the present invention, when the minimum value C · w 1 of the elements of the weight vector shown in the prior art has a lower limit,

Figure 0004475571
をできるだけ小さくし、入力ベクトルを識別できる重みベクトルを決める方法である。
Figure 0004475571
Is as small as possible, and a weight vector that can identify an input vector is determined.

この方法は、ニューロンMOSインバータにおいて、入力ゲート容量値の最小値に下限が存在する場合、入力ゲート容量値の総和をできるだけ小さくし、入力ベクトルを識別することができる入力ゲート容量比を決めることに相当する。   In this method, when there is a lower limit in the minimum value of the input gate capacitance value in the neuron MOS inverter, the sum of the input gate capacitance values is made as small as possible to determine the input gate capacitance ratio that can identify the input vector. Equivalent to.

[最小値が制限される場合の例と問題点]
最小の入力ゲート容量値に制限が課される場合とは、実回路に実装する際に、容量製造のプロセスにおける容量値のバラツキを抑制する場合等が、考えられる。第2の実施例において、最小容量値がある値によって制限されている場合、入力ゲート容量の比は、ある値のべき乗で増加するので、入力ゲート容量値の総和が非常に大きくなり、面積的コストが高くなるという問題がある。
[Examples and problems when the minimum value is limited]
The case where a limit is imposed on the minimum input gate capacitance value may be a case where variation in the capacitance value in the capacitance manufacturing process is suppressed when mounted on an actual circuit. In the second embodiment, when the minimum capacitance value is limited by a certain value, the ratio of the input gate capacitance increases as a power of a certain value, so that the sum of the input gate capacitance values becomes very large, and the area There is a problem that the cost becomes high.

[べき乗の次数を下げる方法]
そこで、面積的コストを低くするためには、べき乗の次数を小さくすることが有効である。ここで、重みベクトルの要素を、値の小さい順に並べると、{w,w,…,w,…,w}であるとした場合、次の式(15)を満たすように、i番目の要素wを設定する。ただし、α>1である。
[How to lower the power order]
Therefore, in order to reduce the area cost, it is effective to reduce the power order. Here, when the elements of the weight vector are arranged in ascending order of values, if {w 1 , w 2 ,..., W i ,..., W k } are satisfied, Set the i-th element w i . However, α> 1.

Figure 0004475571
式(15)のように設定した場合、次の式(16)が成り立つ。
Figure 0004475571
When set as in equation (15), the following equation (16) holds.

Figure 0004475571
第3の実施例は、第2の実施例と同様に、α≧2の場合は、任意のi、すなわち、任意のkにおいて、f’(i)>0となり、入力ベクトルを識別でき、1<α<2であっても、kを制限することによって、f’(i)>0にすることもでき、入力ベクトルを識別できる。
Figure 0004475571
As in the second embodiment, in the third embodiment, when α ≧ 2, f ′ (i)> 0 at any i, that is, any k, and the input vector can be identified. Even if <α <2, f ′ (i)> 0 can be set by limiting k, and the input vector can be identified.

[面積コストに対する効果]
次に、上記第2の実施例におけるw=αi−1の場合と、第3の実施例において、最小の入力ゲート容量値が制限され、ともにw=1であり、α=2とした場合とにおける重みベクトルの要素の値の総和を、それぞれSum(2)、Sum(3)とすると、第2の実施例における重みベクトルの要素の値の総和Sum(2)が、次の式(17)に示す値になり、第3の実施例における重みベクトルの要素の値の総和Sum(3)は、次の式(18)に示す値になる。
[Effect on area cost]
Next, in the case of w i = α i−1 in the second embodiment and in the third embodiment, the minimum input gate capacitance value is limited, both are w 1 = 1, and α = 2. If the sums of the values of the weight vector elements in the second embodiment are Sum (2) and Sum (3) , respectively, the sum Sum (2) of the values of the weight vector elements in the second embodiment is The sum Sum (3) of the values of the elements of the weight vector in the third embodiment is the value shown in the following equation (18) .

Sum(2)=2−1 … 式(17)
Sum(3)=1+(2k−1−1)(1+β) …式 (18)
したがって、総和Sum(2)に対する総和Sum(3)の比ηは、次の式(19)で表される。
Sum (2) = 2 k −1 Expression (17)
Sum (3) = 1 + (2 k−1 −1) (1 + β) Equation (18)
Therefore, the ratio η of the sum Sum (3 ) to the sum Sum (2 ) is expressed by the following equation (19).

η={1+(2k−1−1)(1+β)}/(2−1) …式(19)
図8は、k=2,3,4の場合において、重み変調係数βと、総和Sum(2)に対する総和Sum(3)の比ηとの関係を示す図である。
η = {1+ (2 k−1 −1) (1 + β)} / (2 k −1) (19)
FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the weight modulation coefficient β and the ratio η of the sum Sum (3) to the sum Sum ( 2) when k = 2, 3, and 4.

すなわち、図8は、第3の実施例における面積コストの低減率を示す図である。β=0.5では、面積コストが、要素の数kに応じて多少変わるが、、77%〜83%程度に面積コストを低減することができる。   That is, FIG. 8 is a diagram showing the area cost reduction rate in the third embodiment. When β = 0.5, the area cost varies somewhat depending on the number k of elements, but the area cost can be reduced to about 77% to 83%.

[ニューロンMOSインバータヘの実装]
上記方法を実回路に実装する場合、実際の容量の値は、製造バラツキ等の製造上の理由によって、上記式で説明した等式を必ずしも満たすとは言えない。また、設計時においても、有効数字の決め方や設計マージンの確保によって、上記説明の等式を必ずしも満たすとは言えない。しかし、このような製造上の理由による値のバラツキや設計時のマージン等の取り方等による値の相違がある場合であっても、上記実施例を適用することができる。すなわち、上記のように製造上の理由による値のバラツキや設計時のマージン等の取り方等による値の相違がある場合も、本発明に属することは明らかである。
[Mounting to neuron MOS inverter]
When the above method is mounted on an actual circuit, the actual capacitance value does not necessarily satisfy the equation described above for manufacturing reasons such as manufacturing variations. Further, even at the time of designing, it cannot be said that the above-described equation is necessarily satisfied by how to determine significant figures and securing a design margin. However, the above-described embodiment can be applied even when there is a difference in values due to such a variation in values due to manufacturing reasons or a method of taking a margin at the time of design. That is, it is clear that the present invention also includes the case where there is a difference in value due to manufacturing reasons as described above, or a difference in value due to a design margin or the like.

(第4の実施例)
本発明の第4の実施例は、第1〜第3の実施例において説明した入力ベクトルを識別できる重みベクトル、すなわち、入力ゲート容量比の決め方によって、k個の要素を持つ2個の入力ベクトルに対して、2値のいずれか一方を設定できるようにした集積回路である。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention is a weight vector that can identify the input vector described in the first to third embodiments, that is, 2 k inputs having k elements, depending on how the input gate capacitance ratio is determined. This is an integrated circuit that can set one of two values for a vector .

[用語の定義]
まず初めに、集積回路の動作を以下で説明する場合に頻繁に用いる用語の定義について説明する。つまり、図25に示すニューロンMOSインバータの動作を説明する用語を定義する。
[Definition of terms]
First, definitions of terms that are frequently used when the operation of the integrated circuit is described below will be described. That is, terms for describing the operation of the neuron MOS inverter shown in FIG. 25 are defined.

「フローティングゲート閾値電位」は、図25に示すニューロンMOSインバータの出力信号がフローティングゲート電位に対して論理反転をする場合における上記ニューロンMOSインバータのフローティングゲートの電位である。   The “floating gate threshold potential” is the potential of the floating gate of the neuron MOS inverter when the output signal of the neuron MOS inverter shown in FIG. 25 is logically inverted with respect to the floating gate potential.

また、「最大フローティングゲート電位」は、入力信号が全て論理的に1であるときのフローティングゲート電位である。   The “maximum floating gate potential” is a floating gate potential when all input signals are logically 1.

「規格化フローティングゲート電位Ufg」は、最大フローティングゲート電位で規格化したフローティングゲート電位である。 The “normalized floating gate potential U fg ” is a floating gate potential normalized by the maximum floating gate potential.

「規格化フローティングゲート閾値電位Ufth」は、最大フローティングゲート電位で規格化したフローティングゲート閾値電位である。 The “normalized floating gate threshold potential U fth ” is a floating gate threshold potential normalized by the maximum floating gate potential.

「入力電荷量Q」は、入力変数が入力される端子の入力ゲート容量に蓄積される電荷量である。 “Input charge amount Q i ” is the amount of charge accumulated in the input gate capacitance of the terminal to which the input variable is input.

「入力閾値電荷量Qith」は、規格化フローティングゲート電位Ufgが、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthであるときにおける入力電荷量Qである。 "Input threshold charge amount Q i @ th" is normalized floating gate voltage U fg is input charge amount Q i of when a normalized floating gate threshold voltage U fth.

[任意の論理関数を実現する集積回路の回路構成]
図1は、本発明の第1の実施例である論理関数機能再構成可能な集積回路IC1を示す構成図である。
[Circuit configuration of an integrated circuit that realizes an arbitrary logic function]
FIG. 1 is a block diagram showing an integrated circuit IC1 capable of reconfiguring a logic function function according to a first embodiment of the present invention.

まず初めに、集積回路IC1の回路構成について説明する。   First, the circuit configuration of the integrated circuit IC1 will be described.

k入力変数論理関数機能を実現する集積回路IC1は、図25に示すニューロンMOSインバータの2段論理で構成され、つまり、プリインバータ101と、メインインバータ100とによって構成されている。   The integrated circuit IC1 that realizes the k-input variable logic function function is constituted by the two-stage logic of the neuron MOS inverter shown in FIG. 25, that is, the pre-inverter 101 and the main inverter 100.

プリインバータ101は、1段目のニューロンMOSインバータであり、メインインバータ100は、2段目のニューロンMOSインバータである。   The pre-inverter 101 is a first-stage neuron MOS inverter, and the main inverter 100 is a second-stage neuron MOS inverter.

プリインバータ101は、2個設けられている。 Pre inverter 101, 2 k pieces are provided.

各プリインバータ101は、k個の入力変数が入力される第1の入力信号端子input1[1]〜input1[k]に接続されている入力ゲート電極と、論理関数機能を構成するデータが入力される第2の入力信号端子input2[1]〜input2[2]に接続されている入力ゲート電極の中の1つの入力ゲート電極と、プリインバータ101の入力信号からみた閾値を制御する電源またはグランドに代表される固定電位を有する端子に接続されている入力ゲート電極と、出力端子とを有する。 Each pre-inverter 101 receives input gate electrodes connected to first input signal terminals input1 [1] to input1 [k] to which k input variables are input and data constituting a logic function function. that one input gate electrode in the second input signal terminals input2 [1] ~input2 [2 k ] to the connected input gate electrode, the power source or ground to control the threshold as seen from the input signal of the pre-inverter 101 And an input gate electrode connected to a terminal having a fixed potential, and an output terminal.

また、メインインバータ100は、k個の第1の入力信号端子に接続されている入力ゲート電極と、1段目のプリインバータ101の出力端子に接続されている入力ゲート電極と、出力端子とを有する。   The main inverter 100 includes an input gate electrode connected to the k first input signal terminals, an input gate electrode connected to the output terminal of the first pre-inverter 101, and an output terminal. Have.

[メインインバータ100の設計]
[プリインバータ101に接続された容量比の決め方]
次に、集積回路IC1のメインインバータ100において、プリインバータ101の出力端子に接続されている入力ゲート電極とフローティングゲートとの間の容量の比の設定方法について説明する。
[Design of main inverter 100]
[How to determine the capacity ratio connected to the pre-inverter 101]
Next, a method for setting the capacitance ratio between the input gate electrode connected to the output terminal of the pre-inverter 101 and the floating gate in the main inverter 100 of the integrated circuit IC1 will be described.

ここで、要素の個数k=3であり、入力ベクトルを識別できるようにするための重みベクトル、すなわち、第1の入力信号のための入力ゲート容量の比が、(1,3,5)であるとする。   Here, the number of elements is k = 3, and the weight vector for identifying the input vector, that is, the ratio of the input gate capacitance for the first input signal is (1, 3, 5). Suppose there is.

図2は、上記実施例において、要素の個数k=3であり、重みベクトルが(1,3,5)であるときに、メインインバータ100における入力電荷量Q FIG. 2 shows that in the above embodiment, when the number of elements k = 3 and the weight vector is (1, 3, 5), the input charge amount Q i in the main inverter 100.

Figure 0004475571
と、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。
Figure 0004475571
And a normalized floating gate potential U fg .

図2において、横軸は、入力電荷量Qを示し、縦軸は、規格化フローティングゲート電位Ufgを示す。また、横軸には、各入力ベクトルのQの位置に入力ベクトルを併記してある。また、図2中、Ctotalは、全ての入力ゲート容量の値の総和である In FIG. 2, the horizontal axis represents the input charge amount Q i , and the vertical axis represents the normalized floating gate potential U fg . On the horizontal axis, the input vector is also written at the position of Q i of each input vector. In FIG. 2, C total is the total sum of all input gate capacitance values.

Figure 0004475571
を示す。
Figure 0004475571
Indicates.

初めに、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthを、1/2程度に設定する。第1の入力信号が全て論理的に1であるときに、入力電荷量Qが最大になる。このときの入力電荷量Qによる規格化フローティングゲート電位Ufgが、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthを越えないようにする。 First , the normalized floating gate threshold potential U fth is set to about ½ . When all the first input signals are logically 1, the input charge amount Q i is maximized. The normalized floating gate potential U fg due to the input charge amount Q i at this time is prevented from exceeding the normalized floating gate threshold potential U fth .

次に、入力電荷量Qが最大である入力ベクトル(x,x,x)=(1,1,1)のときに、2個設けられているプリインバータ101の中で、第8番目のプリインバータ101の出力信号だけが、論理的に1であるときの規格化フローティングゲート電位Ufgが、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも大きくなるように、プリインバータ101の出力端子に接続されている入力ゲート電極とフローティングゲートとの間の容量の値Cp8を設定する。 Then, when the input vector input charge amount Q i is the maximum (x 3, x 2, x 1) = (1,1,1), among the 2 3 are provided pre-inverter 101, The output of the pre-inverter 101 is such that the normalized floating gate potential U fg when only the output signal of the eighth pre-inverter 101 is logically 1 is larger than the normalized floating gate threshold potential U fth. A capacitance value C p8 between the input gate electrode connected to the terminal and the floating gate is set.

ただし、入力ベクトル(1,1,1)よりも1つ小さい入力電荷量を持つ入力ベクトル(1,1,0)のときには、同じ入力信号の状態で規格化フローティングゲート電位Ufgは、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも小さいようにする。 However, in the case of an input vector (1, 1, 0) having an input charge amount one smaller than the input vector (1, 1, 1), the normalized floating gate potential U fg is normalized in the same input signal state. It is made smaller than the floating gate threshold potential U fth .

上記入力ベクトル(1,1,1)と上記容量値Cp8との場合と同様に、入力ベクトルが(1,1,0)であるときに、第7番目と第8番目のプリインバータ101の出力信号のみが論理的に1であれば、規格化フローティングゲート電位Ufgは、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも大きくなり、入力ベクトルが(1,0,1)であるときには、規格化フローティングゲート電位Ufgは、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも小さくなるように、第7番目のプリインバータ101に接続されている入力ゲート容量値Cp7の値を設定する。 Similarly to the case of the input vector (1, 1, 1) and the capacitance value C p8 , when the input vector is (1, 1, 0), the seventh and eighth pre-inverters 101 If only the output signal is logically 1, the normalized floating gate potential U fg is larger than the normalized floating gate threshold potential U fth and when the input vector is (1, 0, 1), the normalized floating gate potential U fg is normalized. The value of the input gate capacitance value C p7 connected to the seventh pre-inverter 101 is set so that the floating gate potential U fg is smaller than the normalized floating gate threshold potential U fth .

上記と同様の方法で、入力電荷量が大きい順に、入力ベクトル(1,0,1)、(1,0,0)、(0,1,1)、(0,1,0)、(0,0,1)、(0,0,0)に対応する入力ゲート容量値Cp6、Cp5、Cp4、Cp3、Cp2、Cp1の値を設定する。 In the same manner as described above, the input vectors (1, 0, 1), (1, 0, 0), (0, 1, 1), (0, 1, 0), (0 , 0, 1) and (0, 0, 0), the values of input gate capacitance values C p6 , C p5 , C p4 , C p3 , C p2 , and C p1 are set.

上記の方法によって、2個のプリインバータ101の出力端子に接続されている入力ゲート容量の容量値を設定する。 By the method described above, to set the capacitance value of the input gate capacitance connected to the output terminal of the 2 3 pre-inverters 101.

[任意の論理関数が実現できることの説明]
次に、上記方法によって設定された入力ゲート容量値を持つメインインバータ100が、任意の論理関数を実現することが可能である点について説明する。
[Explanation that an arbitrary logical function can be realized]
Next, the point that the main inverter 100 having the input gate capacitance value set by the above method can realize an arbitrary logical function will be described.

図2の横軸の入力電荷量Qについて、所定の入力ベクトルを挟む2つの入力ベクトルが存在する。つまり、所定の入力ベクトルについて、その入力ベクトルの入力電荷量よりも大きい入力電荷量の入力ベクトルと小さい入力電荷量の入力ベクトルとが存在し、これらの3つの入力電荷量の間に他の入力ベクトルの入力電荷量が存在しない。 For the input charge amount Q i on the horizontal axis in FIG. 2, there are two input vectors sandwiching a predetermined input vector. That is, for a given input vector, an input vector with an input charge amount larger than the input charge amount of the input vector and an input vector with a small input charge amount exist, and other input between these three input charge amounts There is no input charge for the vector.

ただし、入力ベクトル(0,0,0)に対しては、入力電荷量Qが大きい入力ベクトル(0,0,1)のみが存在し、入力ベクトル(1,1,1)に対しては、入力電荷量Qが小さい入力ベクトル(1,1,0)のみが存在する。 However, for the input vector (0, 0, 0), only the input vector (0, 0, 1) having a large input charge amount Q i exists, and for the input vector (1, 1, 1). Only an input vector (1, 1, 0) having a small input charge amount Q i exists.

この所定の入力ベクトルと入力電荷量Qが大きい入力ベクトルとの間の1つの入力電荷量Qと、小さい入力ベクトルとの間の1つのQとの、どちらか一方において、プリインバータ101が論理反転を起こし、出力信号の論理的値が1から0に変化するという機能を、各プリインバータ101が持ち、この場合、各入力ベクトルにおける規格化フローティングゲート電位Ufgと規格化フローティングゲート閾値電位Ufthとの大小関係は、各入力ベクトルに1対1対応するプリインバータ101の出力信号の論理的1,0の値のみに依存する。 One input charge amount Q i between the given input vector and the input charge amount Q i is larger input vectors, with one Q i between the small input vector, in either the pre-inverter 101 Each pre-inverter 101 has a function of causing logic inversion and the logical value of the output signal changing from 1 to 0. In this case, the normalized floating gate potential U fg and the normalized floating gate threshold value in each input vector The magnitude relationship with the potential U fth depends only on the logical 1, 0 value of the output signal of the pre-inverter 101 corresponding one-to-one with each input vector.

図2において、各入力ベクトルにおける黒丸は、規格化フローティングゲート電位Ufgが規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも大きい場合を示し、各入力ベクトルにおける白丸は、規格化フローティングゲート電位Ufgが規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも小さい場合を示す。 2, black dots at each input vector indicates when the normalized floating gate voltage U fg is larger than the normalized floating gate threshold voltage U fth, the white circles at each input vector, the normalized floating gate voltage U fg is standard A case is shown in which the floating gate threshold potential U fth is smaller than that.

したがって、各プリインバータ101が持つ2つの入力閾値電荷量のうちの一方を選択する制御信号を、論理関数機能を構成するデータとして、プリインバータ101に与えることによって、任意の論理関数を実現することができる。   Therefore, an arbitrary logical function can be realized by giving the pre-inverter 101 a control signal for selecting one of the two input threshold charge amounts of each pre-inverter 101 as data constituting the logical function function. Can do.

[プリインバータ101の設計]
[2つのQithを持つための容量比の決め方]
次に、プリインバータ101に、2つの入力閾値電荷量Qithを持たせる方法について説明する。
[Design of pre-inverter 101]
[Method of determining the volume ratio for having two Q ith]
Next, a method of giving the pre-inverter 101 two input threshold charge amounts Q ith will be described.

図3は、第j番目のプリインバータ101の回路図と、各入力ゲート電極とフローティングゲートとの間の容量値との関係を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between the circuit diagram of the j-th pre-inverter 101 and the capacitance value between each input gate electrode and the floating gate.

以下では、2個設けられているプリインバータ101のうちで、入力ベクトル(1,0,0)に対応する第5番目のプリインバータ101を使用して説明する。 Hereinafter, among the pre-inverters 101 provided 2 3 will be described using a fifth pre-inverter 101 corresponding to the input vector (1,0,0).

図4は、第5番目のプリインバータ101における入力電荷量Qと、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the input charge amount Q i in the fifth pre-inverter 101 and the normalized floating gate potential U fg .

図4において、CtotalIn FIG. 4, C total is

Figure 0004475571
を示す。
Figure 0004475571
Indicates.

まず、メインインバータ100と同様に、入力ベクトルを識別可能でるように、5番目のプリインバータ101における第1の入力信号用入力ゲート容量の値C51iを設定する。 First, similarly to the main inverter 100, the first input signal input gate capacitance value C 51i in the fifth pre-inverter 101 is set so that the input vector can be identified.

図4では、各第1の入力信号のための入力ゲート容量の比は、メインインバータ100と同じ容量比に設定されているが、必ずしも同じである必要はなく、入力ベクトルを識別可能できるものであればよい。   In FIG. 4, the ratio of the input gate capacitance for each first input signal is set to the same capacitance ratio as that of the main inverter 100, but it is not necessarily the same, and the input vector can be identified. I just need it.

次に、第2 の入力信号が論理的に0 であるときに、規格化フローティングゲート電位Ufgが規格化フローティングゲート閾値電位Ufthとなる入力閾値電荷量ith 0 が、入力ベクトル(1,0,0)のQと(1,0,1)のQとの間になり、同時に、第2の入力信号が論理的に1であるときに、規格化フローティングゲート電位Ufgが規格化フローティングゲート閾値電位Ufthとなる入力閾値電荷量Qith1が、入力ベクトル(1,0,0)のQと(0,1,1)のQとの間になるように、5番目のプリインバータ101における第1の入力信号用入力ゲート容量の値C51iと、第2の入力信号用入力ゲート容量の値C520とを設定する。
Next, when the second input signal is logically 0, the input threshold charge amount Q is 0 at which the normalized floating gate potential U fg becomes the normalized floating gate threshold potential U fth is represented by the input vector (1, becomes between Q i of 0,0) and Q i of the (1,0,1), at the same time, when the second input signal is logical 1, the normalized floating gate voltage U fg is standard as of floating gate threshold voltage U fth become input threshold charge Q ITH1 becomes between Q i of the Q i of the input vector (1,0,0) (0,1,1), 5 th The first input signal input gate capacitance value C 51i and the second input signal input gate capacitance value C 520 in the pre-inverter 101 are set.

このときに、入力ベクトルが(1,0,0)である場合、プリインバータ101の規格化フローティングゲート電位Ufgがとり得る値は、第2の入力信号が論理的に1であるときにおける規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも大きい値(図4中の黒丸)と、第2の入力信号が論理的に0であるときにおける規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも小さい値(図4中の白丸)との2つである。 At this time, if the input vector is (1, 0, 0), the value that can be taken by the normalized floating gate potential U fg of the pre-inverter 101 is the standard when the second input signal is logically 1. A value larger than the normalized floating gate threshold potential U fth (black circle in FIG. 4) and a value smaller than the normalized floating gate threshold potential U fth when the second input signal is logically 0 (in FIG. 4) No. white circle).

図5は、入力ベクトルと規格化フローティングゲート電位Ufgとが、図4に示す関係であるときに、入力ベクトル(または、入力電荷量Q)と、プリインバータ101の出力信号の論理的値との関係を示す図である。 FIG. 5 shows the logical value of the input vector (or input charge amount Q i ) and the output signal of the pre-inverter 101 when the input vector and the normalized floating gate potential U fg have the relationship shown in FIG. It is a figure which shows the relationship.

図5に示すように、入力ベクトル(1,0,0)のQよりも小さいQを持つ入力ベクトル(0,1,1)までは、論理的に1であり、逆に、大きいQを持つ入力ベクトル(1,0,1)では、論理的に0になる。このように、プリインバータ101の上記機能を実現することができる。ここで、出力信号の論理的値は、規格化フローティングゲート電位Ufg、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも大きければ0であり、逆に、小さければ、1である。 As shown in FIG. 5, until the input vector with a smaller Q i than Q i of the input vector (1,0,0) (0,1,1) is a logical 1, on the contrary, a large Q For an input vector (1, 0, 1) with i , it is logically zero. Thus, the above function of the pre-inverter 101 can be realized. Here, the logical value of the output signal is 0 if it is larger than the normalized floating gate potential U fg and the normalized floating gate threshold potential U fth , and conversely, if it is smaller, it is 1.

上記説明は、k=3である場合における全ての論理関数を実現する回路の設計方法の説明であるが、kが3以外の任意の値である場合にも、上記と同様の方法によって、全ての論理関数を実現することができる。また、この方法によって、集積回路IC1を設計することができる。   The above description is a description of a method for designing a circuit that realizes all logical functions when k = 3. However, when k is an arbitrary value other than 3, Can be realized. Further, the integrated circuit IC1 can be designed by this method.

[ニューロンMOSインバータとは異なるスイッチ付ニューロンMOSインバータを使用した場合の説明]
上記説明は、図1に示すニューロンMOSインバータによって構成された集積回路IC1の説明である。
[Explanation when a neuron MOS inverter with a switch different from the neuron MOS inverter is used]
The above description is for the integrated circuit IC1 constituted by the neuron MOS inverter shown in FIG.

次に、スイッチ付ニューロンMOSインバータによって構成されている集積回路IC1aについて説明する。   Next, the integrated circuit IC1a constituted by the neuron MOS inverter with switch will be described.

図20は、上記論理関数機能再構成可能な集積回路IC1の変形例である論理関数機能再構成可能な集積回路IC1aを示す構成図である。   FIG. 20 is a configuration diagram showing an integrated circuit IC1a capable of reconfiguring a logic function function, which is a modification of the integrated circuit IC1 capable of reconfiguring the logic function function.

論理関数機能再構成可能な集積回路IC1aは、図1に示す集積回路IC1と類似の回路構成を有する集積回路である。集積回路IC1aは、集積回路IC1において、メインインバータ100の代わりに、メインインバータ110が設けられている点と、プリインバータ101の代わりに、プリインバータ111が設けられている点とのみが異なる。   The logic circuit function reconfigurable integrated circuit IC1a is an integrated circuit having a circuit configuration similar to that of the integrated circuit IC1 shown in FIG. The integrated circuit IC1a differs from the integrated circuit IC1 only in that a main inverter 110 is provided instead of the main inverter 100, and a preinverter 111 is provided instead of the preinverter 101.

集積回路IC1におけるメインインバータ100とプリインバータ101とは、各フローティングゲートが完全にフローティングの状態であり、いかなる端子にも接続されていない。   The main inverter 100 and the pre-inverter 101 in the integrated circuit IC1 have their floating gates in a completely floating state, and are not connected to any terminals.

一方、集積回路IC1aにおけるメインインバータ110とプリインバータ111とは、スイッチ付ニューロンMOSトランジスタを用いたインバータ機能を持つスイッチ付ニューロンMOSインバータである。   On the other hand, the main inverter 110 and the pre-inverter 111 in the integrated circuit IC1a are neuron MOS inverters with a switch having an inverter function using neuron MOS transistors with a switch.

スイッチ付ニューロンMOSトランジスタは、そのフローティングゲートがNMOSFET等のスイッチ素子の導通、遮断によって、所定の電位を有する端子に接続、遮断を行うことが可能なニューロンMOSトランジスタである。   A neuron MOS transistor with a switch is a neuron MOS transistor whose floating gate can be connected to and disconnected from a terminal having a predetermined potential by conduction and interruption of a switch element such as an NMOSFET.

集積回路IC1aにおいて、メインインバータ110は、端子ctlmの信号によって導通、遮断を制御されるメインインバータ初期化用NMOSFET113を介して、所定の電位を有する端子に導通、遮断され、プリインバータ111は、端子ctlpの信号によって制御されるプリインバータ初期化用NMOSFET114を介して所定の電位を有する端子に導通、遮断される。   In the integrated circuit IC1a, the main inverter 110 is electrically connected to and disconnected from a terminal having a predetermined potential via the main inverter initialization NMOSFET 113 whose conduction and interruption are controlled by a signal at the terminal ctlm. It is turned on and off to a terminal having a predetermined potential via a pre-inverter initialization NMOSFET 114 controlled by a ctlp signal.

上記以外の点については、集積回路IC1の回路構成とIC1aの回路構成とは同じである。   Except for the points described above, the circuit configuration of the integrated circuit IC1 and the circuit configuration of the IC 1a are the same.

したがって、以降の説明は、図1に示す集積回路IC1で使用されているメインインバータ100、プリインバータ101を使用した回路について行う。なお、同じ設計方法が、集積回路IC1aの回路構成でも使用可能である。
Therefore, the following description will be made on a circuit using the main inverter 100 and the pre-inverter 101 used in the integrated circuit IC1 shown in FIG. The same design method can be used for the circuit configuration of the integrated circuit IC1a.

(第5の実施例)
第5の実施例は、論理関数構成データを多値表現することによって、2段論理の論理関数機能再構成可能な集積回路IC1におけるプリインバータ101の数を低減するものである。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, the number of pre-inverters 101 in the integrated circuit IC1 in which the logic function function of the two-stage logic can be reconfigured is reduced by expressing the logic function configuration data in multiple values .

[構成データとして多値表現を使用した場合における集積回路の回路構成]
図9は、本発明の実施例である集積回路IC2の回路図であり、上記機能を有する集積回路IC2の回路図である。
[Circuit configuration of integrated circuit when multi-value expression is used as configuration data]
FIG. 9 is a circuit diagram of an integrated circuit IC2 which is an embodiment of the present invention, and is a circuit diagram of the integrated circuit IC2 having the above function.

集積回路IC2は、k入力変数論理関数機能を実現する集積回路であり、第4の実施例における説明と同様に、ニューロンMOSインバータの2段論理によって構成され、つまり、メインインバータ901とプリインバータ902との2段論理によって構成されている。   The integrated circuit IC2 is an integrated circuit that realizes the k-input variable logic function function, and is configured by the two-stage logic of the neuron MOS inverter as described in the fourth embodiment, that is, the main inverter 901 and the pre-inverter 902. And the two-stage logic.

メインインバータ901は、k個の入力変数が入力される第1の入力信号端子input1[1]〜input1[k]に接続される入力ゲート電極と、プリインバータ902の出力端子に接続される入力ゲート電極とを有する。   The main inverter 901 has an input gate electrode connected to the first input signal terminals input1 [1] to input1 [k] to which k input variables are input, and an input gate connected to the output terminal of the pre-inverter 902. Electrode.

また、プリインバータ902は、第1の入力信号端子の他に、論理関数機能を構成するデータが入力される第2の入力信号端子input2[11]〜input2[ha]と、入力信号からみた閾値を制御する電源またはグランドに代表される固定電位を有する端子に接続される入力ゲート電極とを有する。 In addition to the first input signal terminal, the pre-inverter 902 is viewed from the input signal and the second input signal terminals input2 [11] to input2 [ha h ] to which data constituting the logic function is input. And an input gate electrode connected to a terminal having a fixed potential typified by a power source or a ground for controlling the threshold value.

ここで、第4の実施例と回路構成について比較すると、第4の実施例の集積回路IC1は、ただ1つの第2の入力信号端子を具備する2個のプリインバータ101を有する回路構成であるが、集積回路IC2は、各プリインバータ101が複数個の第2の入力信号端子を有し、2個よりも少ないプリインバータ101で回路を構成する。すなわち、図9において、第2の入力端子input2[ha]のhは、プリインバータの数を表しており、2よりも小さく、aは、h番目のプリインバータ101における第2の入力信号の数である。 Here, comparing the circuit configuration with the fourth embodiment, the integrated circuit IC1 of the fourth embodiment has a circuit configuration having 2 k pre-inverters 101 having only one second input signal terminal. the case, the integrated circuit IC2, each pre-inverter 101 has a second input signal terminals of a plurality, forming the circuit in the pre-inverter 101 is less than 2 k pieces. That is, in FIG. 9, h of the second input terminal input 2 [ha h ] represents the number of pre-inverters and is smaller than 2 k , and a h is the second input in the h-th pre-inverter 101. The number of signals.

また、複数個の第2の入力信号を用いるということは、1つの第2の入力信号を用いる場合に置き換えると、1つの多値信号を用いるということになる。たとえば、2値を使用した場合に、1つの入力信号では、{0,1}の異なる2つの値の表現、すなわち、2値のみを表現できるが、2つの入力信号では、{(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1)}の異なる4つの値の表現、すなわち、4値の表現が可能になる。   In addition, using a plurality of second input signals means using one multi-value signal in place of using one second input signal. For example, when two values are used, one input signal can represent two different values of {0, 1}, that is, only two values can be represented, but two input signals can be represented by {(0, 0 ), (0, 1), (1, 0), (1, 1)}, that is, four values can be expressed.

[プリインバータ902の設計: 入力ゲート容量比の決め方]
次に、図9に示す集積回路IC2におけるプリインバータ902の回路構成によって、入力信号からみた閾値である入力閾値電荷量ithに関して、任意の複数のQithを生成することが可能であり、この点について説明する。
[Design of pre-inverter 902: Determination of input gate capacitance ratio]
Next, the circuit configuration of the pre-inverter 902 in the integrated circuit IC2 shown in Fig. 9, with respect to the input threshold charge Q i @ th is a threshold value as seen from the input signal, it is possible to generate any of a plurality of Q i @ th, the The point will be described.

具体例として、k=2であり、2つの第2の入力信号を用いる場合について説明する。   As a specific example, a case where k = 2 and two second input signals are used will be described.

図10は、入力信号からみた3つの閾値を有するニューロンMOSインバータINV3を示す回路図である。   FIG. 10 is a circuit diagram showing a neuron MOS inverter INV3 having three threshold values as viewed from an input signal.

ニューロンMOSインバータINV3は、2つの第1の入力信号端子input1[1]、input1[2]と、2つの第2の入力信号端子input2[h1]、input2[h2]と、グランドに接続される端子とを有する。各入力ゲート電極とフローティングゲートとの間の入力ゲート容量値は、C11,C12,C2h1,C2h2,Cgndであるとする。入力ゲート容量値C11,C12に関しては、上記第4の実施例で説明したように、C11:C12=1:2とすることによって、入力ベクトルを識別できるようにする。 The neuron MOS inverter INV3 has two first input signal terminals input1 [1] and input1 [2], two second input signal terminals input2 [h1] and input2 [h2], and a terminal connected to the ground. And have. Assume that the input gate capacitance values between the input gate electrodes and the floating gate are C 11 , C 12 , C 2h 1 , C 2h 2 , and C gnd . Regarding the input gate capacitance values C 11 and C 12 , as described in the fourth embodiment, the input vector can be identified by setting C 11 : C 12 = 1: 2.

このときに、入力ゲート容量値C11,C12の容量を持つ入力信号端子input1[1]、input1[2]に対応する入力変数を、x、xとし、入力電荷量Qの小さい順に、入力ベクトル(x,x)を並べると、(0,0)、(1,0)(0,1)、(1,1)になる。 At this time, the input signal terminals with a capacity of input gate capacitance values C 11, C 12 input1 [1 ], the input variables corresponding to input1 [2], and x 1, x 2, a small input charge amount Q i When the input vectors (x 1 , x 2 ) are arranged in order, they become (0, 0), (1, 0) (0, 1), (1, 1).

次に、図10に示すニューロンMOSインバータINV3が、入力ベクトル(0,0)と(1,0)との間の領域と、(0,1)と(1,1)との間の領域と、(1,1)よりも大きい領域との3つの領域に、それぞれ1つの入力閾値電荷量Qithを持たせるように、入力ゲート容量値C2h1,C2h2,Cgndを決める方法について説明する。 Next, the neuron MOS inverter INV3 shown in FIG. 10 includes an area between the input vectors (0, 0) and (1, 0), an area between (0, 1) and (1, 1). , A method of determining the input gate capacitance values C 2h1 , C 2h2 , and C gnd so that each of the three regions including the region larger than (1, 1) has one input threshold charge amount Q itth. .

図11は、上記の特性を有するニューロンMOSインバータINV3の入力電荷量と、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the input charge amount of the neuron MOS inverter INV3 having the above characteristics and the normalized floating gate potential Ufg .

また、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthを、1/2近傍に設定してあるとする。 Further, it is assumed that the normalized floating gate threshold potential U fth is set in the vicinity of ½ .

また、図11中、Ctotalは、C11+C12+C2h1+C2h2+Cgndを示し、line0は、第1の入力信号以外の入力信号が全て論理的に0である場合における規格化フローティングゲート電位Ufgを示し、line1は、input2[h1]から入力される第2の入力信号が常に論理的に1である場合における規格化フローティングゲート電位Ufgを示し、line2は、input2[h1]とinput2[h2]とから入力される第2の入力信号が共に常に論理的に1である場合における規格化フローティングゲート電位Ufgを示す。 In FIG. 11, C total indicates C 11 + C 12 + C 2h1 + C 2h2 + C gnd, and line 0 indicates a normalized floating gate potential when all input signals other than the first input signal are logically 0. U fg , line 1 represents the normalized floating gate potential U fg when the second input signal input from input 2 [h 1] is always logically 1, and line 2 represents input 2 [h 1] and input 2 The normalized floating gate potential U fg in the case where both of the second input signals input from [h2] are always logically 1 is shown.

入力ベクトル(1,1)よりもQが大きい領域に、1つのQithを有するので、(C11+C12)/Ctotalを、(1/2)よりも小さくする。つまり、図11に示すニューロンMOSインバータINV3が持つ3つの入力閾値電荷量中、最大の入力閾値電荷量が、入力ベクトルが(1,1)であるときの入力電荷量Qiよりも大きいので、入力ベクトルが(1,1)であるときにおける規格化フローティングゲート電位と等価である(C11+C12)/Ctotalは、規格化フローティングゲート閾値電位Ufth=1/2よりも小さく設定されなければならない。これによって、line0は、入力ベクトル(1,1)のときよりも大きいQの領域において規格化フローティングゲート閾値電位Ufthと交わる。 To Q i is larger area than the input vector (1,1), because it has a single Q i @ th, the (C 11 + C 12) / C total, is less than (1/2). That is, among the three input threshold charge amounts of the neuron MOS inverter INV3 shown in FIG. 11, the maximum input threshold charge amount is larger than the input charge amount Qi when the input vector is (1, 1). (C 11 + C 12 ) / C total equivalent to the normalized floating gate potential when the vector is (1, 1) must be set smaller than the normalized floating gate threshold potential U fth = 1/2. Don't be. As a result, line 0 intersects with the normalized floating gate threshold potential U fth in the region of Q i larger than that of the input vector (1, 1).

図11中の直線line0,line1,line2と、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthとの交点がQithであり、line0〜line2の規格化フローティングゲート電位Ufgが規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも小さいQにおいては、ニューロンMOSインバータの出力信号は論理的に1であり、逆に、大きいQにおいては、出力信号は論理的に0になる。 A straight line line0, line1, line2 in FIG. 11, the intersection between the normalized floating gate threshold voltage U fth is Q i @ th, normalized floating gate voltage U fg of line0~line2 is from normalized floating gate threshold voltage U fth If Q i is smaller, the output signal of the neuron MOS inverter is logically 1; conversely, for large Q i , the output signal is logically 0.

また、ニューロンMOSインバータINV3の入力閾値電荷量Qithを入力ベクトル(0,1)と(1,1)との間の電荷量Qに設定したいので、line1と規格化フローティングゲート閾値電位Ufthとの交点が、図11中の入力ベクトル(0,1)と(1,1)との間になるように、C2hi/Ctotalを設定する。 Also, we want to set the charge amount Q i between the input vectors an input threshold charge Q i @ th neuron MOS inverter INV3 and (0,1) and (1, 1), line1 and the normalized floating gate threshold voltage U fth C 2hi / C total is set so that the intersection point between and is between the input vectors (0, 1) and (1, 1) in FIG.

これと同様に、入力ベクトル(0,0)と(1,0)との間のQにおいて、Qithを持たせるために、line2と規格化フローティングゲート閾値電位Ufthとの交点が、図11中の入力ベクトル(0,0)と(1,0)との間になるように、C2h2/Ctotalを設定する。 Similarly, in the Q i between the input vectors (0, 0) and (1,0), in order to provide a Q i @ th, the intersection of the line2 and the normalized floating gate threshold voltage U fth, FIG 11, C 2h2 / C total is set to be between the input vectors (0, 0) and (1, 0).

最後に、1−(C11+C12+C2h1+C2h2)/Ctotalを、Cgnd/Ctotalとする。このように、各入力ゲート容量値を決めることによって、任意の入力電荷量Qに、入力閾値電荷量Qithを設定することができる。 Finally, 1− (C 11 + C 12 + C 2h1 + C 2h2 ) / C total is set as C gnd / C total . Thus, by determining the respective input gate capacitance value, any input charge amount Q i, it is possible to set the input threshold charge Q i @ th.

[プリインバータ902の入出力特性]
図12は、上記方法によって、入力ゲート容量値を設定した場合におけるニューロンMOSインバータの入出力特性を示す図である。
[Input / output characteristics of pre-inverter 902]
FIG. 12 is a diagram showing the input / output characteristics of the neuron MOS inverter when the input gate capacitance value is set by the above method.

図12において、横軸は、Qを示し、縦軸は、ニューロンMOSインバータの出力電位Voutを電源電位Vddで規格化した値または、論理的な値を示す。また、図12中、(1,1)、(1,0)、(0,0)は、それぞれ、第2の入力信号端子input2[h1]、input2[h2]からの入力信号の論理的値が、(1,1)、(1,0)、(0,0)であることを示す。 In FIG. 12, the horizontal axis indicates Q i , and the vertical axis indicates a value obtained by normalizing the output potential V out of the neuron MOS inverter with the power supply potential V dd or a logical value. In FIG. 12, (1, 1), (1, 0), and (0, 0) are the logical values of the input signals from the second input signal terminals input2 [h1] and input2 [h2], respectively. Are (1, 1), (1, 0), (0, 0).

図12から判るように、ニューロンMOSインバータに、2つの2値表現を有する第2の入力信号を入力し、各入力ゲート容量の値を上記のように設定し、2つの2値表現の第2の入力信号で表現される4つの値のうちの3つの値(1,1)、(1,0)、(0,0)を使用することによって、異なる3つの閾値を有するニューロンMOSインバータを設計することができる。
As can be seen from FIG. 12, the second input signal having two binary representations is input to the neuron MOS inverter, the values of the input gate capacitances are set as described above, and the second binary representation of the second binary representation is set. A neuron MOS inverter having three different thresholds is designed by using three values (1, 1), (1, 0), and (0, 0) among four values represented by the input signal can do.

[メインインバータ901の回路構成]
次に、上記方法で設計されたニューロンMOSインバータをプリインバータ902として使用し、第1の実施例よりも少ないプリインバータ数で構成された集積回路IC2が任意の論理関数機能を実現できることについて説明し、その具体例として、k=2の場合について説明する。
[Circuit Configuration of Main Inverter 901]
Next, it will be described that the neuron MOS inverter designed by the above method is used as the pre-inverter 902, and that the integrated circuit IC2 configured with a smaller number of pre-inverters than the first embodiment can realize an arbitrary logical function function. As a specific example, a case where k = 2 will be described.

図13は、本発明の実施例である集積回路IC3を示す回路図であり、k=2である場合において、論理関数機能を再構成することが可能な集積回路IC3の回路図である。   FIG. 13 is a circuit diagram showing an integrated circuit IC3 that is an embodiment of the present invention. In the case where k = 2, the circuit diagram of the integrated circuit IC3 that can reconfigure the logic function function is shown.

第4の実施例では、k=2である場合、2=4個のプリインバータ101を必要とするが、集積回路IC3では、上記の多値表現を用いたプリインバータ902を使用し、3つのプリインバータ902によって、上記と同じ機能を実現する。 In the fourth embodiment, when k = 2, 2 k = 4 pre-inverters 101 are required. However, in the integrated circuit IC3, the pre-inverter 902 using the above multi-value expression is used, and 3 k The same function as described above is realized by the two pre-inverters 902.

メインインバータ1300は、入力変数x、xが入力される第1の入力信号端子input1[1]、nput1[2]とフローティングゲートとの間に入力ゲート容量値Cm1,Cm2の容量を持ち、プリインバータ1301、1302、1303の出力端子に接続されている端子とフローティングゲートとの間に入力ゲート容量値Cp1,Cp2,Cp3の容量を持つ。
The main inverter 1300 includes a first input signal terminals input1 [1], i nput1 [ 2] and the capacitance of the input gate capacitance values C m1, C m @ 2 between the floating gate the input variables x 1, x 2 are input And have capacitances of input gate capacitance values C p1 , C p2 , and C p3 between the floating gates and the terminals connected to the output terminals of the pre-inverters 1301, 1302, and 1303.

ここで、Cm1:Cm2=1:2として、入力ベクトルを識別できるようにする。また、入力ゲート容量値Cp1,Cp2,Cp3を、次のようにして決める。 Here, C m1 : C m2 = 1: 2, and the input vector can be identified. Further, the input gate capacitance values C p1 , C p2 , and C p3 are determined as follows.

[メインインバータ1300の入力ゲート容量比の決め方]
第4の実施例では、各入力ベクトルに1対1対応するプリインバータ101を決め、その出力信号の論理的値とメインインバータ100の出力信号の論理的値とを対応づけることによって、任意の論理関数を実現する。
[How to determine the input gate capacitance ratio of the main inverter 1300]
In the fourth embodiment, a pre-inverter 101 corresponding one-to-one with each input vector is determined, and the logical value of the output signal and the logical value of the output signal of the main inverter 100 are associated with each other. Realize the function.

集積回路IC3では、4つの入力ベクトルの中で、所定の1つの入力ベクトルに対して1対1対応するプリインバータを、プリインバータ1301、1302、1303の中から決め、この決められたプリインバータの出力信号の論理的値とメインインバータ1300の出力信号の論理的値とを対応づけるが、他の3つの入力ベクトルに対しては、2つのプリインバータの出力信号の論理的値の組み合わせによって、メインインバータ1300の出力信号の論理的値を決める。   In the integrated circuit IC3, a pre-inverter corresponding to a predetermined one input vector among four input vectors is determined from the pre-inverters 1301, 1302, and 1303. The logical value of the output signal is associated with the logical value of the output signal of the main inverter 1300. For the other three input vectors, the combination of the logical values of the output signals of the two pre-inverters is used. The logical value of the output signal of the inverter 1300 is determined.

図14は、図13に示す集積回路IC3のメインインバータ1300におけるQ(または、入力ベクトル)と、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing a relationship between Q i (or an input vector) in the main inverter 1300 of the integrated circuit IC3 shown in FIG. 13 and the normalized floating gate potential U fg .

図14において、横軸の   In FIG. 14, the horizontal axis

Figure 0004475571
は、Qを示し、(0,0)、(1,0)、(0,1)、(1,1)は、入力変数(x,x)に対する入力ベクトルを示し、縦軸は、規格化フローティングゲート電位Ufgを示している。
Figure 0004475571
Indicates Q i , (0,0), (1,0), (0,1), (1,1) indicate input vectors for the input variables (x 1 , x 2 ), and the vertical axis indicates The normalized floating gate potential U fg is shown.

図14において、Ufthは、規格化フローティングゲート閾値電位を示し、Ctotalは、入力ゲート容量値の総和である(Cm1+Cm2+Cp1+Cp2+Cp3)を示している。 In FIG. 14, U fth represents a normalized floating gate threshold potential, and C total represents a sum of input gate capacitance values (C m1 + C m2 + C p1 + C p2 + C p3 ).

最大入力電荷量となる入力ベクトル(1,1)において、プリインバータの出力信号の論理的値が全て0であるときにおける規格化フローティングゲート電位Ufgが、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthを越えないように、Cp1+Cp2+Cp3を設定する。 In the input vector (1, 1) that is the maximum input charge amount, the normalized floating gate potential U fg when the logical values of the output signals of the preinverter are all 0 exceeds the normalized floating gate threshold potential U fth C p1 + C p2 + C p3 is set so as not to occur.

ここで、Cm1を基準としたCm2、Cp1,Cp2,Cp3の比を、wm2,wp1,wp2,wp3とする。図14に示す具体例では、wm2=2,(wp1+wp2+wp3)=4であるとしてある。 Here, the ratio of C m2 , C p1 , C p2 , and C p3 with C m1 as a reference is set to w m2 , w p1 , w p2 , and w p3 . In the specific example shown in FIG. 14, w m2 = 2 and (w p1 + w p2 + w p3 ) = 4.

次に、最小入力電荷量における入力ベクトル(0,0)において、プリインバータ1302、1303の出力信号が論理的に1であるときに、プリインバータ1301の出力信号が論理的に0である場合における規格化フローティングゲート電位Ufgが規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも小さく、かつ、プリインバータ1301の出力信号が論理的に1である場合の規格化フローティングゲート電位Ufgが規格化フローティングゲート閾値電位Ufthより大きくなるように、wp1と(wp2+wp3)とを設定する。図14に示す具体例では、wp1=1、(wp2+wp3)=3である。 Next, in the input vector (0, 0) at the minimum input charge amount, when the output signals of the pre-inverters 1302 and 1303 are logically 1, the output signal of the pre-inverter 1301 is logically 0 When the normalized floating gate potential U fg is smaller than the normalized floating gate threshold potential U fth and the output signal of the pre-inverter 1301 is logically 1, the normalized floating gate potential U fg is the normalized floating gate threshold. W p1 and (w p2 + w p3 ) are set so as to be higher than the potential U fth . In the specific example shown in FIG. 14, w p1 = 1 and (w p2 + w p3 ) = 3.

また、プリインバータ1301は、1つの第2の入力信号によって、2つのQithとして、入力ベクトル(0,0)よりも小さいQと、入力ベクトル(0,0)と(1,0)との間のQとを設定している。 In addition, the pre-inverter 1301 has two Q is as a result of one second input signal, Q i smaller than the input vector (0, 0), input vectors (0, 0), and (1, 0). Q i in between.

最後に、wp2とwp3とを、次のように設定する。 Finally, w p2 and w p3 are set as follows.

入力ベクトル(1,1)において、プリインバータ1303の出力信号のみが論理的に1であり、プリインバータ1301、1302の出力信号が論理的に0であるときの規格化フローティングゲート電位Ufgが、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも大きく、入力ベクトル(0,1)において、同じ条件の規格化フローティングゲート電位Ufgが、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも小さくなるようにする。 In the input vector (1, 1), only the output signal of the pre-inverter 1303 is logically 1, and the normalized floating gate potential U fg when the output signals of the pre-inverters 1301 and 1302 are logically 0 is larger than the normalized floating gate threshold voltage U fth, in the input vector (0,1), normalized floating gate voltage U fg of the same condition, to be smaller than the normalized floating gate threshold voltage U fth.

さらに、入力ベクトル(1,0)において、プリインバータ1301、1302、1303の出力信号の論理的値の組み合わせが、(0,1,1)であるときの規格化フローティングゲート電位Ufgが、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも大きく、(0,1,0)であるときの規格化フローティングゲート電位Ufgが、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも小さくなり、入力ベクトル(0,1)において、プリインバータ1301、1302、1303の出力信号の論理的値の組み合わせが、(0,1,0)であるときの規格化フローティングゲート電位Ufgが、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも大きくなるようにする。 Further, in the input vector (1, 0), the normalized floating gate potential U fg when the combination of the logical values of the output signals of the pre-inverters 1301, 1302, and 1303 is (0, 1, 1) is the standard. of the floating gate threshold voltage U greater than fth, normalized floating gate voltage U fg when a (0,1,0) is smaller than the normalized floating gate threshold voltage U fth, the input vector (0,1 ), The normalized floating gate potential U fg when the combination of the logical values of the output signals of the pre-inverters 1301, 1302, and 1303 is (0, 1, 0) is greater than the normalized floating gate threshold potential U fth . Also make it bigger.

以上の条件を満たすように、wp2とwp3とを決める。図14に示す具体例では、wp2=2、wp3=1である。 W p2 and w p3 are determined so as to satisfy the above conditions. In the specific example shown in FIG. 14, w p2 = 2 and w p3 = 1.

また、プリインバータ1302において、2つの第2の入力信号端子input2[21],input2[22]から、2つの2値信号を入力することによって、4つの閾値として、入力ベクトル(0,0)と(1,0)との間の領域と、入力ベクトル(1,0)と(0,1)との間の領域と、入力ベクトル(0,1)と(1,1)との間の領域と、入力ベクトル(1,1)よりも大きい領域とを設定する。   Further, in the pre-inverter 1302, by inputting two binary signals from the two second input signal terminals input2 [21] and input2 [22], the input vector (0, 0) and four threshold values are input. A region between (1, 0), a region between input vectors (1, 0) and (0, 1), and a region between input vectors (0, 1) and (1, 1). And an area larger than the input vector (1, 1).

プリインバータ1303において、2つの第2の入力信号端子input2[31]、input2[32]から、2つの2値信号を入力することによって、3つの閾値として、入力ベクトル(0,0)と(1,0)との間の領域と、入力ベクトル(0,1)と(1,1)との間の領域と、入力ベクトル(1,1)よりも大きい領域とを設定する。   In the pre-inverter 1303, by inputting two binary signals from the two second input signal terminals input2 [31] and input2 [32], the input vectors (0, 0) and (1 , 0), an area between the input vectors (0, 1) and (1, 1), and an area larger than the input vector (1, 1).

以上のように、メインインバータ1300の入力ゲート容量の比と、プリインバータ1301、1302、1303の閾値とを決めることによって、要素の数k=2の場合に、任意の論理関数を実現することができる。   As described above, by determining the ratio of the input gate capacitance of the main inverter 1300 and the threshold values of the pre-inverters 1301, 1302, and 1303, an arbitrary logical function can be realized when the number of elements is k = 2. it can.

[具体的な構成データ]
図15は、要素の数k=2である場合における入力変数x,xによって実現される16個の論理関数中、8個の論理関数を、図13に示す集積回路IC3によって実現するときに、規格化フローティングゲート電位Ufgと、プリインバータ1302、1303の出力信号の論理的値(Yp2,Yp3)との関係を示す図である。
[Specific configuration data]
FIG. 15 shows a case where eight logic functions are realized by the integrated circuit IC3 shown in FIG. 13 among the 16 logic functions realized by the input variables x 1 and x 2 when the number of elements k = 2. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the normalized floating gate potential U fg and the logical values (Y p2 , Y p3 ) of the output signals of the pre-inverters 1302 and 1303.

規格化フローティングゲート電位Ufgは、規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも大きい場合に1と表記し、小さい場合に0と表記する。メインインバータ1300の出力信号の論理的値は、図15の規格化フローティングゲート電位Ufgの論理的反転の値である。 The normalized floating gate potential U fg is expressed as 1 when it is larger than the normalized floating gate threshold potential U fth and is expressed as 0 when it is smaller. The logical value of the output signal of main inverter 1300 is a logical inversion value of normalized floating gate potential U fg in FIG.

集積回路IC3では、図14に示すように、入力ベクトルが(0,0)であるときは、プリインバータ1301の出力信号の論理的値の2値のみでメインインバータ1300の出力信号の論理的値が決まるので、図15では、プリインバータ1301の出力信号の論理的値が0である場合のみを示してある。   In the integrated circuit IC3, as shown in FIG. 14, when the input vector is (0, 0), only the logical value of the output signal of the pre-inverter 1301 is only the logical value of the output signal of the main inverter 1300. FIG. 15 shows only the case where the logical value of the output signal of the pre-inverter 1301 is zero.

入力ベクトル(0,0)において、規格化フローティングゲート電位Ufgを規格化フローティングゲート閾値電位Ufthよりも大きくするには、プリインバータ1301の出力信号の論理的値を1にするだけで足りる。他の信号の状態に影響を与えることはない。したがって、図15において8個の論理関数を実現できることは、16個の全ての論理関数を実現できることを意味している。 In order to make the normalized floating gate potential U fg larger than the normalized floating gate threshold potential U fth in the input vector (0, 0), it is only necessary to set the logical value of the output signal of the pre-inverter 1301 to 1. It does not affect the state of other signals. Therefore, being able to realize eight logical functions in FIG. 15 means that all 16 logical functions can be realized.

[k=2の場合のまとめ]
上記説明のように、図13に示す集積回路IC3は、要素の数k=2である場合において、16個の任意の論理関数を実現することができ、第1の実施例の集積回路IC1では、要素の数k=2である場合に、4つのプリインバータ101を必要としたが、集積回路IC3では、3つのプリインバータ902によって、集積回路IC1における機能と同じ機能を実現することができる。また、プリインバータの数を低減することによって、論理関数機能再構成可能な集積回路の面積コストを低減することができる。
[Summary when k = 2]
As described above, the integrated circuit IC3 shown in FIG. 13 can realize 16 arbitrary logical functions when the number of elements is k = 2. In the integrated circuit IC1 of the first embodiment, as shown in FIG. In the case where the number of elements k = 2, four pre-inverters 101 are required. However, in the integrated circuit IC3, the same functions as those in the integrated circuit IC1 can be realized by the three pre-inverters 902. Further, by reducing the number of pre-inverters, the area cost of an integrated circuit capable of reconfiguring a logic function function can be reduced.

[上記方法が汎用的な方法であることの説明]
次に、上記実施例の設計方法が、要素の数k=2である場合のみに適用可能な特殊な方法ではなく、任意のkに対して、常に、プリインバータ数(3/4)・2を使用する有効な設計方法であることについて説明する。
[Explanation that the above method is a general purpose method]
Next, the design method of the above embodiment is not a special method that can be applied only when the number of elements k = 2, and is always the number of pre-inverters (3/4) · 2 for any k. The fact that this is an effective design method using k will be described.

図16は、集積回路IC3と同様の設計方法を、要素の数k=3に拡張し、設計された集積回路におけるメインインバータの入力ベクトル、または入力電荷量と、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。 FIG. 16 shows an expansion of a design method similar to that of the integrated circuit IC3 to the number of elements k = 3, and the input vector or input charge amount of the main inverter in the designed integrated circuit and the normalized floating gate potential U fg . It is a figure which shows the relationship.

k入力変数の入力ベクトルは、2 個存在する。これらの入力ベクトルを、当該入力ベクトルに対応する入力電荷量が小さい順に、並べる。並べられた順に連続する4つの入力ベクトルを1つのブロックにする。
There are 2 k input vectors for k input variables. These input vectors are arranged in ascending order of input charge amount corresponding to the input vector . Four input vectors continuous in the order in which they are arranged are made into one block.

これによって、2k−2個のブロックができる。各ブロックに対して、集積回路IC3で用いた方法と同様の方法を適用することによって、1つのブロックに対して3つのプリインバータを用い、これによって、そのブロックに属する入力ベクトルに対する全ての論理関数を実現することができる。 This creates 2 k−2 blocks. By applying a method similar to that used in the integrated circuit IC3 to each block, three pre-inverters are used for one block, thereby all logical functions for the input vectors belonging to that block. Can be realized.

図16において、入力ベクトル(0,0,0)〜(1,1,0)までが1つのブロックであり、入力ベクトル(0,0,1)〜(1,1,1)も1つのブロックである。入力ベクトルと規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係が、ブロックを単位とした周期構造を持っていることが判る。 In FIG. 16, input vectors (0, 0, 0) to (1, 1, 0) are one block, and input vectors (0, 0, 1) to (1, 1, 1) are also one block. It is. It can be seen that the relationship between the input vector and the normalized floating gate potential U fg has a periodic structure in units of blocks.

[本実施例のまとめ]
上記実施例の方法を用いることによって、任意のk入力変数によって実現可能な論理関数を、(3/4)・2個のプリインバータを用いて実現することができる。
[Summary of this example]
By using the method of the above embodiment, a logical function that can be realized by an arbitrary k input variable can be realized by using (3/4) · 2 k pre-inverters.

上記実施例に示すように、2値信号を複数用いて、論理関数機能構成データを多値表現した場合、集積回路における第2の入力信号の総数は、第1の実施例の場合の総数である2と等しいか、または多いかのいずれかである。プリインバータの数を低減できる一方、第2の入力信号の数が増加し、そのための入力ゲート電極数が増加する。 As shown in the above embodiment, when a plurality of binary signals are used and the logical function function configuration data is expressed in multiple values, the total number of second input signals in the integrated circuit is the total number in the case of the first embodiment. or equal to some 2 k, or more or of either. While the number of pre-inverters can be reduced, the number of second input signals increases, and the number of input gate electrodes therefor increases.

しかし、プリインバータ数を低減する場合の面積に対する効果と、第2の入力信号を入力するための入力ゲート電極数の増加による効果とでは、一般的には前者の効果の方が大きくなる。したがって、上記実施例を用いることによって、論理関数機能再構成可能な集積回路を、低面積コストで実現することができる。
However, in general, the former effect is larger between the effect on the area when the number of pre-inverters is reduced and the effect due to the increase in the number of input gate electrodes for inputting the second input signal. Therefore, by using the above embodiment, an integrated circuit capable of reconfiguring a logic function can be realized at a low area cost.

(第6の実施例)
第5の実施例である集積回路IC3のプリインバータでは、複数の第2の入力信号を入力することによって、入力信号からみた複数の閾値を、任意の入力電荷量に設定することができる。
(Sixth embodiment)
In the pre-inverter of the integrated circuit IC3 according to the fifth embodiment, by inputting a plurality of second input signals, a plurality of threshold values viewed from the input signals can be set to arbitrary input charge amounts.

次に、上記実施例において、第2の入力信号の入力端子を1つにしても、入力信号として、物理的に多値である信号を用いることによって、同様の機能を持たせることが可能であることについて説明する。 Next, in the above embodiment, even if there is only one input terminal for the second input signal, it is possible to provide the same function by using a physically multi-valued signal as the input signal. Explain that there is .

[多値電位を使用する場合の集積回路の回路構成:第5の実施例と比較]
図17は、第2の入力信号として多値電位を用いた論理機能再構成可能な集積回路IC4の回路構成を示す図である。
[Circuit configuration of integrated circuit when multi-value potential is used: Comparison with fifth embodiment]
FIG. 17 is a diagram illustrating a circuit configuration of an integrated circuit IC4 in which a logic function can be reconfigured using a multilevel potential as the second input signal.

集積回路IC4のメインインバータ1700の各入力ゲート容量値と、フローティングゲート閾値電位との設定は、第5の実施例の集積回路IC3と同様である。集積回路IC4は、そのプリインバータ1701における第2の入力信号端子数と、入力信号からみた複数の閾値とを設定する方法において、集積回路IC3とは異なる。   The setting of each input gate capacitance value of the main inverter 1700 of the integrated circuit IC4 and the floating gate threshold potential is the same as that of the integrated circuit IC3 of the fifth embodiment. The integrated circuit IC4 is different from the integrated circuit IC3 in a method of setting the second number of input signal terminals in the pre-inverter 1701 and a plurality of threshold values viewed from the input signal.

[プリインバータの回路構成と動作]
図18は、集積回路IC4のプリインバータ1701の回路構成を示す図である。
[Circuit configuration and operation of pre-inverter]
FIG. 18 is a diagram showing a circuit configuration of the pre-inverter 1701 of the integrated circuit IC4.

このプリインバータ1701の回路構成と動作とを、図10に示すニューロンMOSインバータINV3と比較して、2値の複数の第2の入力信号を入力することと、多値電位の1つの第2の入力信号を入力することとが等価であり、全く同じ機能を持たせることができることについて説明する。   The circuit configuration and operation of this pre-inverter 1701 are compared with the neuron MOS inverter INV3 shown in FIG. 10, and a plurality of binary second input signals are input, and one second of a multi-value potential is input. It will be described that inputting an input signal is equivalent and having the same function.

図18に示すプリインバータ1701の第2の入力信号端子input2[h]に接続される入力ゲート容量の値C2hを、図10に示すニューロンMOSインバータINV3の第2の入力信号を入力する入力ゲート容量の値C2h1、C2h2の和の値C2h1+C2h2にする。 A second input signal terminals input2 value C 2h of the input gate capacitance connected to [h] of the pre-inverter 1701 shown in FIG. 18, the input gate for inputting the second input signal of the neuron MOS inverter INV3 shown in FIG. 10 The sum of the capacitance values C 2h1 and C 2h2 is set to C 2h1 + C 2h2 .

図19は、上記入力ゲート容量値を用いた場合におけるプリインバータ1701の入力ベクトル、または入力電荷量Qと、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the input vector or input charge amount Q i of the pre-inverter 1701 and the normalized floating gate potential U fg when the input gate capacitance value is used.

図19中、Ctotal=C11+C12+C2h+Cgndであり、line0は、第2の入力信号端子input2[h]に入力される信号が、論理的に0である場合における規格化フローティングゲート電位Ufgであり、1ine1は、第2の入力信号端子input2[h]に入力される信号が、論理的に1である場合における規格化フローティングゲート電位Ufgである。 In FIG. 19, C total = C 11 + C 12 + C 2h + C gnd , and line 0 is a standardized floating gate when the signal input to the second input signal terminal input 2 [h] is logically 0 The potential U fg , 1ine1 is the normalized floating gate potential U fg when the signal input to the second input signal terminal input2 [h] is logically 1.

入力信号が2値である場合は、1ine0とline1との2つの状態しか取ることができないが、多値を利用できる場合は、line0とline1との間の全ての値を取ることが可能である。多値として、論理的に(1/3)を使用することによって、図11と同じQに、入力閾値電荷量Qithを設定することができる。すなわち、図11と同じQに、Qithを設定するためには、図18のプリインバータ1701の第2の入力信号として、1、(1/3)、0の3値を用いればよい。 When the input signal is binary, only two states of 1ine0 and line1 can be taken. However, when multiple values can be used, all values between line0 and line1 can be taken. . As the multi-level, by using logically (1/3), it can be the same Q i in FIG. 11, to set the input threshold charge Q i @ th. That is, the same Q i of FIG. 11, in order to set the Q i @ th, as a second input signal of the pre-inverter 1701 of FIG. 18, 1, (1/3), may be used three values of 0.

上記実施例において、多値電位を第2の入力信号として用いることによって、2値の複数の入力信号を用いた場合と同様の機能を実現することができる。
In the above embodiment, the same function as when a plurality of binary input signals are used can be realized by using a multilevel potential as the second input signal.

k入力変数による2個の任意の論理関数機能を実現する論理関数機能再構成可能な集積回路の回路構成であり、ニューロンMOSインバータを用いた2段論理による回路構成を示す図である。It is a circuit configuration of an integrated circuit capable of reconfiguring a logical function function that realizes 2 k arbitrary logical function functions using k input variables, and is a diagram illustrating a circuit configuration based on two-stage logic using a neuron MOS inverter. 上記実施例において、要素の個数k=3であり、重みベクトルが(1,3,5)であるときに、メインインバータ100における入力電荷量Qと、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。In the above embodiment, when the number of elements k = 3 and the weight vector is (1, 3, 5), the relationship between the input charge amount Q i in the main inverter 100 and the normalized floating gate potential U fg FIG. 第j番目のプリインバータ101の回路図と、各入力ゲート電極とフローティングゲートとの間の容量値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the circuit diagram of the jth pre inverter 101, and the capacitance value between each input gate electrode and a floating gate. 第5番目のプリインバータ101における入力電荷量Qと、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。An input charge amount Q i in the fifth pre-inverter 101 is a diagram showing the relationship between the normalized floating gate voltage U fg. 入力ベクトルと規格化フローティングゲート電位Ufgとが、図4に示す関係であるときに、入力ベクトル(または、入力電荷量Q)と、プリインバータ101の出力信号の論理的値との関係を示す図である。When the input vector and the normalized floating gate potential U fg have the relationship shown in FIG. 4, the relationship between the input vector (or the input charge amount Q i ) and the logical value of the output signal of the pre-inverter 101 is expressed as follows. FIG. i=1,2,3,4,5である場合、0≦α≦2であるαと、g(α,i)との関係を示す図である。When i = 1, 2, 3, 4, 5, it is a figure which shows the relationship between (alpha) which is 0 <= (alpha) <= 2, and g ((alpha), i). α=1.7,1.9,2.0,2.2の場合におけるSとSαの関係を示す図である。It is a diagram showing the relationship S 2 and S alpha in the case of α = 1.7,1.9,2.0,2.2. k=2,3,4の場合において、βと、総和Sum(2)に対する総和Sum(3)の比ηとの関係を示す図である。It is a figure which shows ( beta ) and ratio ( eta ) of sum Sum (3) with respect to sum Sum ( 2) in the case of k = 2,3,4. 本発明の実施例である集積回路IC2の回路図であり、上記機能を有する集積回路IC2の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of an integrated circuit IC2 that is an embodiment of the present invention, and is a circuit diagram of the integrated circuit IC2 having the above functions. 入力信号からみた3つの閾値を有するニューロンMOSインバータINV3を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a neuron MOS inverter INV3 having three threshold values as viewed from an input signal. 上記の特性を有するニューロンMOSインバータINV3の入力電荷量と、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the input charge amount of neuron MOS inverter INV3 which has said characteristic, and the normalization floating gate electric potential Ufg . 上記方法によって、入力ゲート容量値を設定した場合におけるニューロンMOSインバータの入出力特性を示す図である。It is a figure which shows the input / output characteristic of the neuron MOS inverter when the input gate capacitance value is set by the above method. 本発明の実施例である集積回路IC3を示す回路図であり、k=2である場合において、論理関数機能を再構成することが可能な集積回路IC3の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an integrated circuit IC3 which is an embodiment of the present invention, and is a circuit diagram of the integrated circuit IC3 capable of reconfiguring a logic function function when k = 2. 図13に示す集積回路IC3のメインインバータ1300におけるQ(または、入力ベクトル)と、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。 Q i (or input vectors) in the main inverter 1300 of the integrated circuit IC3 shown in FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the normalized floating gate voltage U fg. 要素の数k=2である場合における入力変数x,xによって実現される16個の論理関数中、8個の論理関数を、図13に示す集積回路IC3によって実現するときに、規格化フローティングゲート電位Ufgと、プリインバータ1302、1303の出力信号の論理的値(Yp2,Yp3)との関係を示す図である。When 16 logic functions realized by the input variables x 1 and x 2 when the number of elements k = 2 is realized by the integrated circuit IC3 shown in FIG. It is a figure which shows the relationship between the floating gate electric potential Ufg and the logical value ( Yp2 , Yp3 ) of the output signal of the pre inverters 1302, 1303. 集積回路IC3と同様の設計方法を、要素の数k=3に拡張し、設計された集積回路におけるメインインバータの入力ベクトル、または入力電荷量と、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。The design method similar to that of the integrated circuit IC3 is extended to the number of elements k = 3, and the relationship between the input vector or input charge amount of the main inverter and the normalized floating gate potential Ufg in the designed integrated circuit is shown. FIG. 第2の入力信号として多値電位を用いた論理機能再構成可能な集積回路IC4の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of integrated circuit IC4 which can reconfigure | reconstruct a logic function using a multi-value potential as a 2nd input signal. 集積回路IC4のプリインバータ1701の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the pre inverter 1701 of integrated circuit IC4. 上記入力ゲート容量値を用いた場合におけるプリインバータ1701の入力ベクトル、または入力電荷量Qと、規格化フローティングゲート電位Ufgとの関係を示す図である。Is a diagram illustrating the input vector of the pre-inverter 1701 or the input charge amount Q i,, the relationship between the normalized floating gate voltage U fg in the case of using the input gate capacitance values. 上記論理関数機能再構成可能な集積回路IC1の変形例である論理関数機能再構成可能な集積回路IC1aを示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram showing an integrated circuit IC1a capable of reconfiguring a logic function function, which is a modification of the integrated circuit IC1 capable of reconfiguring the logic function function. 従来のLUT(Look-Up Table)型の可変論理部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the variable logic part of the conventional LUT (Look-Up Table) type | mold. 従来のマルチプレクサ(MUX)型の可変論理部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional variable logic part of a multiplexer (MUX) type. PLA型の可変論理部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a PLA type variable logic part. 従来のニューロンMOSトランジスタを用いたCMOS型インバータの構造を示す図であり、図24(1)は、レイアウト図、図24(2)は、図24(1)に記載のX−X’での断面図、図24(3)は、図24(3)は、n入力相補型ニューロンMOSインバータ(ニューロンMOSインバータ)の回路図である。FIGS. 24A and 24B are diagrams illustrating a structure of a CMOS inverter using a conventional neuron MOS transistor, in which FIG. 24A is a layout diagram, and FIG. 24B is a cross-sectional view taken along line XX ′ in FIG. FIG. 24 (3) is a sectional view, and FIG. 24 (3) is a circuit diagram of an n-input complementary neuron MOS inverter (neuron MOS inverter). 従来のニューロンMOSトランジスタを用いたCMOS型インバータ(ニューロンMOSインバータ)の回路図であり、(1)はトランジスタ記号によって記述された図、(2)は論理記号によって記述された図である。It is a circuit diagram of a CMOS type inverter (neuron MOS inverter) using a conventional neuron MOS transistor, (1) is a diagram described by transistor symbols, and (2) is a diagram described by logical symbols.

符号の説明Explanation of symbols

IC1、IC1a、IC2、IC3、IC4…論理関数機能再構成可能な集積回路、
100、110、901、1300、1700…メインインバータ、
101、111、902、1301、1302、1303、1701…プリインバータ、
102、112、903…出力バッファ、
113…メインインバータ初期化用NMOSFET、
114…プリインバータ初期化用NMOSFET、
…入力変数、
fg…フローティングゲート電位、
…各入力ゲート容量に蓄積する電荷量の総和、
out…ニューロンMOSインバータの出力信号、
W…重みベクトル、
…重みベクトルWの要素、
X…入力ベクトル、
α…重みベクトルと入力ベクトルとの内積の結果、
…2のべき乗が要素である重みベクトルと入力ベクトルとの内積の結果、
η…総和Sum(2)に対する総和Sum(3)の比、
fg…規格化フローティングゲート電位、
fth…規格化フローティングゲート閾値電位、
…入力電荷量、
ith…入力閾値電荷量、
total…全ての入力ゲート容量の値の総和、
dd…電源電位。
IC1, IC1a, IC2, IC3, IC4... Integrated circuit with reconfigurable logic function,
100, 110, 901, 1300, 1700 ... main inverter,
101, 111, 902, 1301, 1302, 1303, 1701... Pre-inverter,
102, 112, 903 ... output buffer,
113 ... NMOSFET for main inverter initialization,
114 ... NMOSFET for pre-inverter initialization,
x i ... input variables,
V fg ... floating gate potential,
Q f ... the total amount of charge accumulated in each input gate capacitance,
V out ... neuron MOS inverter output signal,
W ... weight vector,
w i ... element of weight vector W,
X ... input vector,
S α ... The result of the inner product of the weight vector and the input vector,
S 2 ... The result of the inner product of the input vector and the weight vector whose power is 2
η: ratio of the sum Sum (3) to the sum Sum (2) ,
U fg ... normalized floating gate potential,
U fth ... normalized floating gate threshold potential,
Q i ... input charge amount,
Q isth input threshold charge amount,
C total ... Sum of all input gate capacitance values,
V dd ... Power supply potential.

Claims (2)

ニューロンMOSトランジスタまたはスイッチ付ニューロンMOSトランジスタを用いたインバータ回路をニューロンMOSインバータと呼ぶとき、
上記ニューロンMOSインバータを用いた、k入力変数(kは2以上の整数である)の任意の論理関数を実現する2段論理の論理関数機能再構成可能な集積回路であって、
上記k入力変数である第1の入力信号が入力される第1の入力信号端子のそれぞれとフローティングゲートとの間の第1の入力ゲート容量は、その容量値を規格化した値である第1の入力ゲート容量比が各々異なる値であり、かつ、任意の数の上記第1の入力ゲート容量比の和が互いに異なるように設定され、
上記第1の入力信号のベクトル表現である入力ベクトルについて、上記第1の入力ゲート容量に蓄積される入力電荷量を小さい順に並べた場合における入力ベクトルを、小さい順に4つずつを1つのブロックに属する入力ベクトルとし、
上記論理関数機能再構成可能な集積回路の1段目に、上記各ブロック毎に3個ずつの合計(3/4)・2個の上記ニューロンMOSトランジスタであるプリインバータを具備し、
上記論理関数機能再構成可能な集積回路の2段目に、上記ニューロンMOSトランジスタであるメインインバータを具備し、
上記プリインバータは、上記第1の入力信号端子と、当該各第1の信号入力端子のそれぞれとフローティングゲートとの間に設定された上記第1の入力ゲート容量を有し、
当該プリインバータのうち少なくとも1つは、3つ以上の閾値から1つを選択する信号が入力される第2の入力信号端子と、上記第2の入力信号端子のそれぞれとフローティングゲートとの間に設定される第2の入力ゲート容量を有し、
当該プリインバータの属するブロックへの4つの入力ベクトルから構成される3つ以上の領域のそれぞれが上記3つ以上の閾値のいずれか1つを有するように、上記第2の入力ゲート容量のそれぞれの容量値が設定され、
上記選択された閾値と当該プリインバータの第1の入力信号端子に入力された入力変数から定まる規格化フローティングゲート電位との大小関係を示す出力信号を出力端子に出力し、
上記メインインバータは、
記第1の入力信号端子と、
上記第1の入力信号端子のそれぞれとフローティングゲートとの間に設定された上記第1の入力ゲート容量と、
上記各プリインバータの出力端子に接続された端子と、
上記プリインバータの出力信号の論理的組み合わせによってフローティングゲート閾値電位に対して大小異なる値を取るように設定された、上記各プリインバータの出力端子に接続された端子とフローティングゲートとの間の第2の入力ゲート容量値の第2の入力ゲート容量と、
出力端子と、
を有することを特徴とする論理関数機能再構成可能な集積回路。
When an inverter circuit using a neuron MOS transistor or a neuron MOS transistor with a switch is called a neuron MOS inverter,
A two-stage logic function reconfigurable integrated circuit that realizes an arbitrary logic function of k input variables (k is an integer of 2 or more) using the neuron MOS inverter,
The first input gate capacitance between each of the first input signal terminals to which the first input signal as the k input variable is input and the floating gate is a value obtained by standardizing the capacitance value. The input gate capacitance ratios are different from each other, and any number of the first input gate capacitance ratios is set to be different from each other,
For the input vector which is a vector representation of the first input signal, the input vectors when the input charge amounts accumulated in the first input gate capacitance are arranged in ascending order are divided into four blocks in order from one to the smallest. The input vector to which
In the first stage of the integrated circuit capable of reconfiguring the logic function function, a pre-inverter that is a total of (3/4) · 2 k neuron MOS transistors is provided for each block .
The second stage of the logic circuit reconfigurable integrated circuit has a main inverter which is the neuron MOS transistor,
The pre-inverter has an upper Symbol first input signal terminals, a set of the first input gate capacitance between the respective floating gates of the first signal input terminal,
At least one of the pre-inverters includes a second input signal terminal to which a signal for selecting one from three or more threshold values is input, and between each of the second input signal terminals and the floating gate. A second input gate capacitance to be set ;
Each of the second input gate capacitances is such that each of the three or more regions composed of four input vectors to the block to which the pre-inverter belongs has any one of the three or more threshold values. The capacity value is set,
An output signal indicating a magnitude relationship between the selected threshold and a normalized floating gate potential determined from an input variable input to the first input signal terminal of the pre-inverter is output to the output terminal;
The main inverter is
A first input signal terminals on reporting,
The first input gate capacitance set between each of the first input signal terminals and the floating gate ;
A terminal connected to the output terminal of each pre-inverter;
A second terminal between the floating gate and a terminal connected to the output terminal of each pre-inverter, which is set to take a value that differs depending on the floating gate threshold potential by a logical combination of the output signals of the pre-inverter. A second input gate capacitance of the input gate capacitance value of
An output terminal;
A logic function reconfigurable integrated circuit comprising:
請求項1において、
上記3つ以上の閾値から1つを選択する信号が入力される第2の入力信号端子は、複数の第2の入力信号で表現される、2値よりも多い多値表現によって制御する入力信号端子であるか、または、1つの第2の入力信号端子に多値電位を与えることによって制御する入力信号端子であることを特徴とする論理関数機能再構成可能な集積回路。
In claim 1,
The second input signal terminal to which a signal for selecting one of the three or more threshold values is input is an input signal controlled by a multi-value expression greater than two values expressed by a plurality of second input signals. A logic function reconfigurable integrated circuit, wherein the integrated circuit is a terminal or an input signal terminal controlled by applying a multilevel potential to one second input signal terminal.
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